【JVM】生产环境的CMS垃圾回收，一定要这样配置参数

2023-09-18 1928点热度 0人点赞 0条评论

此篇文章只聚焦于如何配置一个比较合理的采用CMS作为垃圾回收器的JVM参数。首先要说的是，JDK8要使用CMS，那么必须显示申明，因为它采用的默认垃圾回收器是ParallelGC。如何验证它默认采用的垃圾回收器呢？非常简单，运行如下代码：

package com.afei.test.main;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
* @author 公众号: 阿飞的博客
*/
public class Main{

private static final int _1M = 1024*1024;

public static void main(String[] args){

List<byte[]> byteList = new ArrayList<>();
for(int i=0; i<Integer.MAX_VALUE; i++){
byte[] test = new byte[_1M];
byteList.add(test);
}
}

}

然后配置JVM参数：

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

运行几秒钟后，我们强行停止JVM进程，就会在控制台中看到如下日志从而佐证JDK8采用的默认垃圾回收器就是ParallelGC：

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 342021K->342021K(348672K)] [ParOldGen: 1397423K->1397406K(1398272K)] 1739445K->1739427K(1746944K), [Metaspace: 3357K->3357K(1056768K)], 0.1902415 secs] [Times: user=0.26 sys=0.01, real=0.19 secs]

或者可以通过如下信息得知默认垃圾回收器为ParallelGC：

CMS用法

接下来笔者从多个方面介绍如何配置一个较好的使用CMS垃圾回收器的JVM参数参数。

显示申明CMS

显示申明垃圾回收器为CMS+parNew非常简单，只需要添加如下两个JVM参数：

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC

这时候，再运行上面的代码，就会得到如下信息。由下图可知，这时候年轻代采用的是ParNew，而老年代采用的是CMS（concurrent mark-sweep）：

显示申明CMS只是使用CMS的第一步，接下来还有很多优化需要我们去做，还有很多JVM参数等待我们去配置。

堆大小

接下来，最重要的就是申明年轻代和老年代的大小。由于采用的CMS+ParNew。建议堆大小不要超过8G，最好6G以内，因为CMS+ParNew组合情况下发生的FGC是采用MSC算法且单线程回收，如果堆内存很大，FGC时STW时间会非常恐怖。笔者这里以4G举例，这时候再添加几个JVM参数，我们得到如下的配置。这里笔者设置的年轻代大概是1.5G，老年代大概是2.5G。这算是一个比较合理的比例搭配。如果你的JVM参数这样搭配但是GC情况仍然不是很好，那么可能需要根据你的业务特性进行特别的调优：

-Xmx4g -Xms4g -Xmn1512m

线程栈

JDK8默认的线程栈大小为1M，有点偏大。以笔者的经验，绝大部分微服务项目是可以调整为512k，甚至256k的（笔者的项目就是256k，运行的棒棒哒）：

-Xss256k

Old回收阈值

既然配置的是CMS，那么如下两个参数一定要加上。为什么要加上这两个JVM参数呢？这是因为CMS回收条件非常复杂，如果不通过CMSInitiatingOccupancyFraction和UseCMSInitiatingOccupancyOnly限制只在老年代达到75%才回收的话（这个阈值可以根据具体情况适当调整），当线上碰到一些CMS GC时，是很难搞清楚原因的：

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

CMS GC触发条件相关文章推荐--【JVM 源码解读之 CMS GC 触发条件】：https://mp.weixin.qq.com/s/Mu-Xz4CLgdxJhcMJ7aKAHg

元数据空间

如果是微服务架构，那么对于绝大部分应用来说，128M的元数据完全够用。不过，JDK8的元数据空间并不是指定多少就初始化多大的空间。而是按需扩展元数据空间。所以，我们可以设置256M。如果不设置这两个参数的话，元数据空间默认初始化只有20M出头，那么就会在应用启动过程中，Metaspace扩容发生FGC：

-XX:MaxMetaspaceSize=256m -XX:MetaspaceSize=256M

dump路径

设定如下两个参数（需要说明的是，HeapDumpPath参数指定的路径需要提前创建好，JVM没办法在生成dump文件时创建该目录），当JVM内存导致导致JVM进程退出时能自动在该目录下生成dump文件：

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/log/jvmdump/

GC日志

这个必须有，不然线上环境GC问题都不好排查。并且loggc所在目录（/data/log/gclog/）和dump路径一样，必须提前创建好，JVM无法自动创建该目录：

-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/data/log/gclog/gc.log

压缩

我们都知道，CMS GC是并发的垃圾回收器，它采用的是标记清除算法，而不是压缩算法。意味着随着时间的推移，碎片会越来越多，JVM终究会触发内存整理这个动作。那么，什么时候整理内存碎片呢？跟下面两个参数有很大的关系。第一个参数是开启这个能力，第二个参数表示在压缩（compaction）内存之前需要发生多少次不压缩内存的FGC。CMS GC不是FGC，在CMS GC搞不定的时候（比如：concurrent mode failure），会触发完全STW但不压缩内存的FGC（假定命名为NoCompactFGC），或者触发完全STW并且压缩内存的FGC（假定命名为CompactFGC）。所以，这个参数的意思就是，连续多少次NoCompactFGC后触发CompactFGC。如果中间出现了CMS GC，那么又需要重新计数NoCompactFGC发生的次数：

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0

CMS回收条件推荐文章--[JVM 源码解读之 CMS 何时会进行 Full GC]：https://mp.weixin.qq.com/s/zn3-9e7ZZ7skLo1XDL0xww

笔者这里给出的配置事实上是默认值，即每次CMS GC搞不定的情况下触发CompactFGC。这两个参数很不好理解，为此，笔者举几个例子，假定有3种GC方式：CMS GC，NoCompactFGC， CompactFGC（如下时yi du a）：

if(should_compact){
    // mark-sweep-compact
    do_compaction_work(clear_all_soft_refs) 
} else {   
    // mark-sweep
    do_mark_sweep_work(clear_all_soft_refs,first_state,should_start_over);
}

NoCompactFGC就是不压缩内存的FGC，采用的是标记清除（Mark-Sweep）算法，CompactFGC是会压缩内存的FGC，采用的是标记清除压缩算法(Mark Sweep Compact)，然后假设我们配置了-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=3，那么：

1、CMS GC, NoCompactFGC, NoCompactFGC, NoCompactFGC, CompactFGC（这时候如果发生FGC就会压缩内存）
2、CMS GC, NoCompactFGC, NoCompactFGC, CMS GC, NoCompactFGC（这时候如果发生FGC不会压缩内存，因为在此之前并没有连续3次NoCompactFGC）
3、CMS GC, CMS GC, CMS GC, NoCompactFGC（如果前面连续发生的是CMS GC，那么接下来触发的FGC还不会压缩内存）

one more

最后，再推荐给大家一个搭配CMS时很好用的JVM参数，如下所示。官方对该参数的说明为:A System.gc() request invokes a concurrent collection and also unloads classes during such a concurrent gc cycle (effective only when UseConcMarkSweepGC)。这句话总结如下：1、只有在使用CMS时才有效。2、当调用System.gc()时会用CMS这个并行垃圾回收器去进行回收（比如大量使用DirectByteBuffer进行堆外内存操作，需要FGC来回收堆外内存的场景。就可以通过该参数让本来需要FGC才能搞定的事情用CMS GC就可以搞定了）。3、除了能唤起并行垃圾回收器，还能卸载类。

-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloadsClasses

最终，得到我们配置的完整的JVM参数配置如下（此参数在以前笔者负责的一个微服务项目中运行了数年，单机并发1000+，CMS GC大概是8天左右一次）：

-Xms4g -Xmx4g -Xmn1512m -server -Xss256k -XX:MetaspaceSize=256M  -XX:MaxMetaspaceSize=256m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/data/log/gclog/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/log/jvmdump/ -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC  -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+TieredCompilation  -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloadsClasses

最后，笔者再介绍一个很好的校验JVM参数的网址：https://opts.console.heapdump.cn/，这里我们可以用到它的“参数检查”。不过需要说明的是：尽信书不如不读书，此网址的校验结果只是作为参考，是否完全符合你的生产环境，还得视情况而定，毕竟JVM调优可不是一件简单的事情：