JVM调优—减少FullGC

背景

        最近负责了一个审批流程新项目，带领了几个小伙伴，哼哧哼哧的干了3个月左右，终于在三月底完美上线了，好消息是线上客户用的很丝滑，除了几个非常规的业务提单之外，几乎没有什么大的问题，但是美中不足的是，发现每个pod的GC频率非常高，基本上30分钟就会有一次FGC，导致每次流量高峰的时候，会有一部分客户反馈，系统有些卡顿，观察监控平台发现，每天流量高峰的时候FGC竟然达到了惊人的5分钟每次，每次GC的时间差不多有400-700ms，此时，部分接口的耗时达到了5s，因此接口优化和参数调优迫在眉睫；
        因为本项目是基础服务，每个业务方都会调用，所以当时申请节点内存大小的时候就富裕了一点，共部署了4个pod，每个pod资源是8核16G，但是观察监控平台发现，每个pod内存只使用不到2G，其中eden 200M old 500m survivor更是只有可怜的96m左右，导致年轻代很容易就占满了，存活的对象就被转移到老年代了，由于老年代分配的内存也特别少，QPS一高就会频繁的触发FullGC，导致系统卡顿甚至接口超时。
        排查代码发现有一个占比60%量一个接口虽然查询的表比较单一，但是查询了所有字段，其中一个字段存储的是一个JSON，但业务中却又没有使用到。

JVM常见参数

一、配置垃圾收集器

1、Serial垃圾收集器（新生代）

         开启：-XX:+UseSerialGC

         关闭：-XX:-UseSerialGC

         //新生代使用Serial  老年代则使用SerialOld

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 2、ParNew垃圾收集器（新生代）

         开启 -XX:+UseParNewGC

         关闭 -XX:-UseParNewGC

         //新生代使用功能ParNew 老年代则使用功能CMS

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 3、Parallel Scavenge收集器（新生代）

         开启 -XX:+UseParallelOldGC

         关闭 -XX:-UseParallelOldGC

         //新生代使用功能Parallel Scavenge 老年代将会使用Parallel Old收集器

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 4、ParallelOld垃圾收集器（老年代）

        开启 -XX:+UseParallelGC

        关闭 -XX:-UseParallelGC

        //新生代使用功能Parallel Scavenge 老年代将会使用Parallel Old收集器

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 5、CMS垃圾收集器（老年代）

        开启 -XX:+UseConcMarkSweepGC

        关闭 -XX:-UseConcMarkSweepGC

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 6、G1垃圾收集器

         开启 -XX:+UseG1GC

         关闭 -XX:-UseG1GC

二、堆内存相关配置

设置堆初始值

         指令1：-Xms2g

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 设置堆区最大值

         指令1：-Xmx2g

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 新生代内存配置

         指令1：-Xmn512m

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 2个survivor区和Eden区大小比率

         指令：-XX:SurvivorRatio=6  //S区和Eden区占新生代比率为1:6,两个S区2:6（默认是8，即8:1:1）

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 新生代和老年代的占比

 -XX:NewRatio=4  //表示新生代:老年代 = 1:4 即老年代占整个堆的4/5；默认值=2

三、GC并行执行线程数

        -XX:ParallelGCThreads=16

四、进入老年代的GC年龄

         -XX:InitialTenuringThreshol=7 //年轻代对象转换为老年代对象最小年龄值，默认值7，对象在坚持过一次Minor GC之后，年龄就加1，每个对象在坚持过一次Minor GC之后，年龄就增加1

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         -XX:MaxTenuringThreshold=15 //年轻代对象转换为老年代对象最大年龄值，默认值15

五、GC日志信息配置

        -Xloggc:/data/gclog/gc.log//固定路径名称生成

         -Xloggc:/home/GCEASY/gc-%t.log //根据时间生成

        打印GC的详细日志 

        开启 -XX:+PrintGCDetails

        关闭 -XX:-PrintGCDetails

六、在Full GC时生成dump文件

        -XX:+HeapDumpBeforeFullGC       //实现在Full GC前dump

        -XX:+HeapDumpAfterFullGC        //实现在Full GC后dump。

        -XX:HeapDumpPath=e:\dump        //设置Dump保存的路径

调优过程

    一、业务调优

       业务调优就不展开讲述了，主要是用到了arthas这个调优工具，trace了耗时比较久的接口，排除不优雅的编码之后，就来到了数据层面，由于项目使用的是postgres sql，并且已经分库+分区了，核心表的数据量级也是百万级别，所以最终关注的是索引，使用explain查看核心sql的执行计划，看其是否命中索引；

        补充一点，由于项目有一张历史表的数据量比较大，8000万左右，并且业务中也需要使用到，每个单据号对应的审批流程一般是流程节点的10倍左右，比如某个审批流程10个节点，那么改流程结束后就会产生100+条数据，在列表中使用到了改表中的某些数据，起初直接根据单据号进行查询，那么分页条数为1000的时候每次就会查询1000*100条记录，而业务真正需要关注的只是10个节点的审批结果而已，白白浪费90%的查询记录，因此，在业务中冗余了一个节点字段，标识是否是节点的审批结果，每次查询除了使用单据号之外，加上该字段，就大大的过滤了记录数量，这样做法有如下好处：

        ①减少网络传输量

        ②降低内存使用（起初是内存过滤，高cpu操作）

        ③防止OOM

二、JVM参数调优

        第一版

                第一版比较偷懒，直接上了G1，因此G1不用配置过多的参数，很多就自适应调节，但是一上线发现cpu就很容易飙升到80以上，并且接口耗时也慢了一倍，起初每个接口的耗时到该200ms，G1之后就变成400ms，终于在运行3天之后，就有监控告警有大量的接口请求超时，观察到jvm堆内存使用长时间100%，导致健康检查机制强行将节点重启了（5s检查一次，15未检查到就重启）为了不影响业务先增加了两个节点，降低QPS，从而降低堆内存使用。

                具体的参数配置

-XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -XX:+PrintGC -Xloggc:/data/logs/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/logs/ -XX:+UseG1GC -Xmx9G -Xms9G -XX:MaxDirectMemorySize=1g -XX:ConcGCThreads=8 -XX:MaxGCPauseMillis=500 

        第二版

        由于公司所有的项目都是K8s集群部署，所以JVM参数基本都用的是默认参数，这一次只是设置了Xms=11g，Xmx=10g，Xmn=4g，但是发现年轻代的from和to的比例不对，按照正常的默认8：1：1，应该是410m左右，但是监控上面显示的始终是121m，这样的话QPS达到高峰的时候，老年代上升的速率就比较快，3.76G，基本上12h就用完触发了FGC，这显然是不合理的，因为业务逻辑中没有需要常驻内存的对象，基本上朝生夕灭的，在年轻代就应该被回收，而导致出现这个原因是from和to的内存太小了，存货了15次之后的对象就被转移到老年代了。

        开始的时候使用-XX:-UseAdaptiveSizePolicy –XX:SurvivorRatio=8，确实改变年轻代的具体分配内存，但是使用 jmsp -heap 1命令发现，jvm的垃圾回收器是ParallelGC，并不是我们想要的CMS，因此不论年轻代from和to的设置了多大空间，其使用始终不会超过121m，老年代还是晋升的速率比较快，并没有彻底解决问题。具体参数配置如下

-XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -Xmx11g -Xms11g -Xmn5g -XX:PermSize=1g -XX:MaxPermSize=1g -XX:SurvivorRatio=8 -XX:-UseAdaptiveSizePolicy -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps

        第三版 最终版本

      开启CMS收集参数  -XX:+UseConcMarkSweepGC，监控和运行变得正常，堆空间各个区域的分配也是正常的。

-XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -XX:+UseConcMarkSweepGC -Xmx11g -Xms11g -Xmn5g -XX:PermSize=1g -XX:MaxPermSize=1g -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps -Xloggc:/data/logs/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/logs

        小结

        容器部署节点只分配1G，具体原因可以参考这篇文章频繁 GC 问题排查以及UseContainerSupport与MaxRAMPercentage的正确使用-CSDN博客

        按照理论上第二次调优就已经能够满足业务需求了，但是依据《深入理解Java虚拟机》讲的，jdk8默认的垃圾收集器是CMS，那么年轻代的eden、from和to分配内存空间的比例应该是8:1:1，显然目前我的数据不正确，进入到pod节点发现jvm使用的是ParallelGC，如下图所示

jvm调优常见问题

        常用命令

        jmap -heap pid 查看内存使用情况

推荐配置

        8C16G下的参数配置

综上所述，8C16G下，推荐使用如下的参数设置：

-Xmx12g -Xms12g

-XX:ParallelGCThreads=8

-XX:ConcGCThreads=2

-XX:+UseConcMarkSweepGC

-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70

-XX:MaxGCPauseMillis=100  // 按业务情况来定

-XX:+PrintGCTimeStamps

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCDateStamps