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王軍偉Tech · 更新于 2020-08-28

JVM 參數：跟蹤垃圾回收

1. 前言

本節內容主要是學習 JVM 跟蹤垃圾回收的常用參數配置，這是工作中跟蹤垃圾回收情況時 JVM 中最常用的參數配置，需要重點對本節內容進行學習。本節主要知識點如下：

  • 掌握 IntelliJ IDEA 如何配置 JVM 參數，這是我們學習 JVM 參數配置的前提。對于有部分同學使用 Eclipse 作為開發工具的，可以自行搜索配置方式，此處只針對目前使用廣泛的 IntelliJ IDEA 工具進行介紹；
  • 理解并掌握跟蹤垃圾回收的參數 -XX:+PrintGC，為本節重點內容；
  • 理解并掌握跟蹤垃圾回收的參數 -XX:+PrintGCDetails，為本節重點內容；
  • 理解并掌握跟蹤垃圾回收的參數 -XX:+PrintHeapAtGC，為本節重點內容；
  • 理解并掌握跟蹤垃圾回收的參數 -XX:+PrintGCTimeStamps，為本節重點內容。

JVM 跟蹤垃圾回收的常用參數配置是使用 JVM 所必須的知識點，通篇皆為重點掌握內容，需要在理解的基礎上并掌握參數的使用方法。

2. IntelliJ IDEA 配置 JVM參數

通過開發工具 IntelliJ IDEA 配置 JVM參數，需要打開 “Run->Edit Configurations” 菜單，然后在 VM Options 中添加相應的 JVM 參數。

圖片描述

如上圖為添加 JVM 參數 -XX:+PrintGC 的圖片說明示例，掌握添加參數的方式，是學習具體參數配置的前提。

3. 示例代碼準備

為了能夠更好的體會，垃圾回收參數的執行效果，我們需要準備一段簡易的代碼，供我們執行使用，并在代碼中手動執行垃圾回收操作，觸發垃圾回收機制，使我們的參數能夠追蹤垃圾回收的動作，并打印相應的日志。

實例：準備測試代碼，創建一個 String 類型的 ArrayList，并在 list 中添加三個元素，分別是 “Hello”，“World”，“?。?！”。然后直接手動執行垃圾回收操作。

public class PrintGCParamsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        list.add("!!!");
        System.gc(); //手動執行 gc 垃圾回收
    }
}

Tips： 之所以要手動執行 gc 垃圾回收，是因為 JVM 自動的執行垃圾回收是需要一定的條件的，簡單的 main 函數是不能夠達到觸發垃圾回收的臨界值的。所以這里手動進行 gc 方法的調用，是為了展示我們的參數鎖帶來的作用。

4. -XX:+PrintGC 參數

參數作用：-XX:+PrintGC 參數是垃圾回收跟蹤中十分常用的參數。使用這個參數啟動 Java 虛擬機后，只要遇到 GC，就會打印日志。

為了更好的理解并掌握 -XX:+PrintGC 參數，我們通過如下步驟進行操作。

  • 步驟 1：在 VM Options 中配置參數 -XX:+PrintGC 并保存；
  • 步驟 2：運行示例代碼，觀察執行結果。

結果驗證：

[GC (System.gc())  3933K->792K(251392K), 0.0054898 secs]
[Full GC (System.gc())  792K->730K(251392K), 0.0290579 secs]

結果分析：由于這是第一次接觸 JVM 打印日志，我們按照字段逐一進行分析。

  • GC 與 Full GC：代表了垃圾回收的類型，后續會有詳細的講解，這里了解日志意義即可；
  • System.gc()：代表了引發方式，是通過調用 gc 方法進行的垃圾回收；
  • 3933K->792K(251392K)：代表了之前使用了 3933k 的空間，回收之后使用 792k 空間，言外之意這次垃圾回收節省了 3933k - 792k = 3141k 的容量。251392K 代表總容量；
  • 792K->730K(251392K)：分析同上；
  • 0.0054898 secs：代表了垃圾回收的執行時間，以秒為單位。

那么我們通過上邊的結果分析，可以非常順利的解讀這兩行日志。

5. -XX:+PrintGCDetails 參數

參數作用：-XX:+PrintGCDetails 參數是垃圾回收跟蹤中十分常用的參數，而且日志更加詳細。獲取比 -XX:+PrintGC 參數更詳細的 GC 信息。

為了更好的理解并掌握 -XX:+PrintGCDetails 參數，我們通過如下步驟進行操作。

  • 步驟 1：在 VM Options 中配置參數 -XX:+PrintGCDetails 并保存；
  • 步驟 2：運行示例代碼，觀察執行結果。

結果驗證：

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 3933K->792K(76288K)] 3933K->800K(251392K), 0.0034601 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 792K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->730K(175104K)] 800K->730K(251392K), [Metaspace: 3435K->3435K(1056768K)], 0.0217628 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.02 secs]

結果分析： 這里只做新增部分的解釋。

  • PSYoungGen：代表了「年輕代」的回收，在這里只需要了解即可，因為后續講解 JVM 堆內存以及垃圾回收原理時才會涉及到年輕代；
  • ParOldGen：「老年代」這里只需要了解即可，因為后續講解 JVM 堆內存以及垃圾回收原理時才會涉及到老年代；
  • Metaspace：「元空間」，JDK 的低版本也稱之為永久代，依然，此處了解即可。

我們看到 -XX:+PrintGCDetails 參數打印了更加詳細的日志內容，把空間清理的部分也表達的更加詳細了。

6. -XX:+PrintHeapAtGC 參數

參數作用：-XX:+PrintHeapAtGC 參數是垃圾回收跟蹤中，對堆空間進行跟蹤時十分常用的參數，可以在每次 GC 前后分別打印堆的信息。注意，是 GC 前后均打印，打印兩次。

為了更好的理解并掌握 -XX:+PrintHeapAtGC 參數，我們通過如下步驟進行操作。

  • 步驟 1：在 VM Options 中配置參數 -XX:+PrintHeapAtGC 并保存；
  • 步驟 2：運行示例代碼，觀察執行結果。

結果驗證：

{Heap before GC invocations=1 (full 0):
 PSYoungGen      total 76288K, used 3933K [0x000000076b400000, 0x0000000770900000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 6% used [0x000000076b400000,0x000000076b7d7480,0x000000076f400000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076fe80000,0x000000076fe80000,0x0000000770900000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076f400000,0x000000076f400000,0x000000076fe80000)
 ParOldGen       total 175104K, used 0K [0x00000006c1c00000, 0x00000006cc700000, 0x000000076b400000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c1c00000,0x00000006c1c00000,0x00000006cc700000)
 Metaspace       used 3420K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 371K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
Heap after GC invocations=1 (full 0):
 PSYoungGen      total 76288K, used 792K [0x000000076b400000, 0x0000000770900000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 0% used [0x000000076b400000,0x000000076b400000,0x000000076f400000)
  from space 10752K, 7% used [0x000000076f400000,0x000000076f4c6030,0x000000076fe80000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076fe80000,0x000000076fe80000,0x0000000770900000)
 ParOldGen       total 175104K, used 0K [0x00000006c1c00000, 0x00000006cc700000, 0x000000076b400000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c1c00000,0x00000006c1c00000,0x00000006cc700000)
 Metaspace       used 3420K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 371K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
}
{Heap before GC invocations=2 (full 1):
 PSYoungGen      total 76288K, used 792K [0x000000076b400000, 0x0000000770900000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 0% used [0x000000076b400000,0x000000076b400000,0x000000076f400000)
  from space 10752K, 7% used [0x000000076f400000,0x000000076f4c6030,0x000000076fe80000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076fe80000,0x000000076fe80000,0x0000000770900000)
 ParOldGen       total 175104K, used 0K [0x00000006c1c00000, 0x00000006cc700000, 0x000000076b400000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c1c00000,0x00000006c1c00000,0x00000006cc700000)
 Metaspace       used 3420K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 371K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
Heap after GC invocations=2 (full 1):
 PSYoungGen      total 76288K, used 0K [0x000000076b400000, 0x0000000770900000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 0% used [0x000000076b400000,0x000000076b400000,0x000000076f400000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076f400000,0x000000076f400000,0x000000076fe80000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076fe80000,0x000000076fe80000,0x0000000770900000)
 ParOldGen       total 175104K, used 705K [0x00000006c1c00000, 0x00000006cc700000, 0x000000076b400000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c1c00000,0x00000006c1cb07a0,0x00000006cc700000)
 Metaspace       used 3420K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 371K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
}

結果分析： 由于這是對「堆空間」的日志打印，在學習完 JVM 堆空間之前，了解即可。對于堆空間的參數跟蹤，這里進行了更加細致的打印。從結果來看，在 GC 前后，打印了兩次堆空間信息，并且將 PSYoungGen 以及 ParOldGen 進行了更加詳細的日志打印。

后續學習完 JVM堆空間之后，回望這部分知識，會非常的簡單，此處也必須要先了解，為后續對堆的學習打下良好的基礎。

7. -XX:+PrintGCTimeStamps 參數

參數作用：會在每次 GC 發生時，額外輸出 GC 發生的時間，該輸出時間為虛擬機啟動后的時間偏移量。需要與 -XX:+PrintGC 或 -XX:+PrintGCDetails 配合使用，單獨使用 -XX:+PrintGCTimeStamps 參數是沒有效果的。

為了更好的理解并掌握 -XX:+PrintGCTimeStamps 參數，我們通過如下步驟進行操作。

  • 步驟 1：在 VM Options 中配置參數 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCTimeStamps 并保存；
  • 步驟 2：運行示例代碼，觀察執行結果。

結果驗證：

0.247: [GC (System.gc())  3933K->760K(251392K), 0.0114098 secs]
0.259: [Full GC (System.gc())  760K->685K(251392K), 0.0079185 secs]

結果分析：我們看到了，與 -XX:+PrintGC 參數打印的結果，唯一的區別就是日志開頭的 0.247 與 0.259。此處 0.247 與 0.259 表示， JVM開始運行 0.247 秒后發生了 GC，開始運行 0.259 秒后，發生了 Full GC。

8. 小結

圖片描述

本小節的重點內容，即我們所講述的四個常見的跟蹤垃圾回收的參數，學習者，需要對這四個常用參數的意義，以及使用方式進行掌握。由于日志輸出中部分內容，涉及到的知識點還沒有講到，但是本節對于這些內容的初步接觸，能夠有利于學習者，在后續的學習中提升學習的效率，以及理解效率。