JVM_下篇_第五章：GC日志分析

通过阅读GC日志，我们可以了解Java虛拟机内存分配与回收策略。内存分配与垃圾回收的参数列表

1. 日志相关参数

一XX： +PrintGC 输出Gc日志。类似： 一verbose：gc
一XX： +PrintGCDetails 输出GC的详细日志
一XX： +PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
一XX： +PrintGCDateStamps输出GC的时间戳（以日期的形式，如2013一05一04T21 ： 53：59.234+0800 ）
一XX： +PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
一Xloggc：. . /logs/gc. log日志文件的输出路径

-Xms60m -Xmx60m 
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails 
-XX:+PrintGCTimeStamps
 -XX:+PrintGCDateStamps
  -XX:+PrintHeapAtGC
   -Xloggc:./log/gc.txt

测试代码

public class GCLogTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<Byte[]> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            Byte[] bytes = new Byte[1024*100] ; //100k
            list.add(bytes);
//            try {
//                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
        }
    }
}

1.1 +PrintGC

打开GC日志：一verbose：gc
这个只会显示总的GC堆的变化， 如下

[GC (Allocation Failure)  32933K->30729K(125952K), 0.0158301 secs]
[GC (Allocation Failure)  63775K->63490K(159232K), 0.0226294 secs]
[Full GC (Ergonomics)  63490K->63441K(215040K), 0.0748636 secs]
[GC (Allocation Failure)  129672K->128275K(215040K), 0.0440920 secs]
[Full GC (Ergonomics)  128275K->128244K(332800K), 0.1068971 secs]
[GC (Allocation Failure)  194734K->197479K(363520K), 0.0448888 secs]
[Full GC (Ergonomics)  197479K->194647K(468480K), 0.0889446 secs]

参数解析：
GC、Full GC： GC的类型，GC只在新生代上进行，Full GC包括永生代，新生代， 老年代。
Allocation Failure： GC发生的原因。
80832K一> 19298K：堆在GC前的大小和GC后的大小。
228840k：现在的堆大小。
0.0084018 secs： GC持续的时间。

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 15354K->2296K(17920K)] 15354K->13904K(58880K), 0.0092782 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 17394K->2328K(17920K)] 29003K->28737K(58880K), 0.0135170 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 2328K->0K(17920K)] [ParOldGen: 26409K->28639K(40960K)] 28737K->28639K(58880K), [Metaspace: 3274K->3274K(1056768K)], 0.0425995 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.04 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 15008K->2400K(17920K)] [ParOldGen: 28639K->40640K(40960K)] 43648K->43040K(58880K), [Metaspace: 3274K->3274K(1056768K)], 0.0265506 secs] [Times: user=0.11 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 15096K->14801K(17920K)] [ParOldGen: 40640K->40639K(40960K)] 55736K->55440K(58880K), [Metaspace: 3276K->3276K(1056768K)], 0.0319406 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 15201K->15201K(17920K)] [ParOldGen: 40639K->40639K(40960K)] 55840K->55840K(58880K), [Metaspace: 3276K->3276K(1056768K)], 0.0323722 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 15201K->15201K(17920K)] [ParOldGen: 40639K->40621K(40960K)] 55840K->55822K(58880K), [Metaspace: 3276K->3276K(1056768K)], 0.0364635 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.04 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.wfg.GC3.GCLogTest.main(GCLogTest.java:26)
Heap
 PSYoungGen      total 17920K, used 15360K [0x00000000fec00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 15360K, 100% used [0x00000000fec00000,0x00000000ffb00000,0x00000000ffb00000)
  from space 2560K, 0% used [0x00000000ffd80000,0x00000000ffd80000,0x0000000100000000)
  to   space 2560K, 0% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffb00000,0x00000000ffd80000)
 ParOldGen       total 40960K, used 40625K [0x00000000fc400000, 0x00000000fec00000, 0x00000000fec00000)
  object space 40960K, 99% used [0x00000000fc400000,0x00000000febac770,0x00000000fec00000)
 Metaspace       used 3308K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 363K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 1

1.2 PrintGCDetails

1.3 PrintGCTimeStamps

2020-09-18T06:26:41.700+0800: 0.218: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 15354K->2312K(17920K)] 15354K->13920K(58880K), 0.0098038 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
2020-09-18T06:26:41.712+0800: 0.231: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 17564K->2296K(17920K)] 29172K->28713K(58880K), 0.0098811 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
2020-09-18T06:26:41.722+0800: 0.241: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 2296K->0K(17920K)] [ParOldGen: 26417K->28629K(40960K)] 28713K->28629K(58880K), [Metaspace: 3171K->3171K(1056768K)], 0.0508557 secs] [Times: user=0.09 sys=0.02, real=0.05 secs] 
2020-09-18T06:26:41.776+0800: 0.295: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 15108K->2800K(17920K)] [ParOldGen: 28629K->40211K(40960K)] 43738K->43011K(58880K), [Metaspace: 3221K->3221K(1056768K)], 0.0623329 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.06 secs] 
2020-09-18T06:26:41.845+0800: 0.364: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 15160K->14830K(17920K)] [ParOldGen: 40211K->40210K(40960K)] 55372K->55040K(58880K), [Metaspace: 3280K->3280K(1056768K)], 0.0318266 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.03 secs] 
2020-09-18T06:26:41.878+0800: 0.397: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 15273K->15230K(17920K)] [ParOldGen: 40210K->40210K(40960K)] 55483K->55440K(58880K), [Metaspace: 3280K->3280K(1056768K)], 0.0290101 secs] [Times: user=0.13 sys=0.00, real=0.03 secs] 
2020-09-18T06:26:41.908+0800: 0.427: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 15230K->15230K(17920K)] [ParOldGen: 40610K->40610K(40960K)] 55840K->55840K(58880K), [Metaspace: 3280K->3280K(1056768K)], 0.0470187 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.05 secs] 
2020-09-18T06:26:41.955+0800: 0.474: [Full GC (Allocation Failure) Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space[PSYoungGen: 15230K->15229K(17920K)] [ParOldGen: 40610K->40593K(40960K)] 55840K->55822K(58880K), [Metaspace: 3280K->3280K(1056768K)], 0.0382040 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.04 secs] 

	at com.wfg.GC3.GCLogTest.main(GCLogTest.java:28)
Heap
 PSYoungGen      total 17920K, used 15360K [0x00000000fec00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 15360K, 100% used [0x00000000fec00000,0x00000000ffb00000,0x00000000ffb00000)
  from space 2560K, 0% used [0x00000000ffd80000,0x00000000ffd80000,0x0000000100000000)
  to   space 2560K, 0% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffb00000,0x00000000ffd80000)
 ParOldGen       total 40960K, used 40597K [0x00000000fc400000, 0x00000000fec00000, 0x00000000fec00000)
  object space 40960K, 99% used [0x00000000fc400000,0x00000000feba5758,0x00000000fec00000)
 Metaspace       used 3311K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 363K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 1

列子：

/**
 * 在jdk7 和 jdk8中分别执行
 * -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC
 */
public class GCLogTest1 {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void testAllocation() {
        byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
        allocation1 = new byte[2 * _1MB];
        allocation2 = new byte[2 * _1MB];
        allocation3 = new byte[2 * _1MB];
        allocation4 = new byte[4 * _1MB];
    }

    public static void main(String[] agrs) {
        testAllocation();
    }
}

jdk7

jdk 8

2 日志分析工具使用

可以用一些工具去分析这些gc日志。
常用的日志分析.工具有： GCViewer、GCEasy、GCHisto、GCLogViewer 、Hpjmeter、garbagecat等。

https://gceasy.io/

5. 分析 GC 日志

5.1. GC 分类

针对 HotSpot VM 的实现，它里面的 GC 按照回收区域又分为两大种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（Full GC）

• 部分收集（Partial GC）：不是完整收集整个 Java 堆的垃圾收集。其中又分为：

  • 新生代收集（Minor GC / Young GC）：只是新生代（Eden / S0, S1）的垃圾收集
  • 老年代收集（Major GC / Old GC）：只是老年代的垃圾收集。目前，只有 CMS GC 会有单独收集老年代的行为。注意，很多时候 Major GC 会和 Full GC 混淆使用，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收。

• 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前，只有 G1 GC 会有这种行为

• 整堆收集（Full GC）：收集整个 java 堆和方法区的垃圾收集。

5.2. GC 日志分类

MinorGC

MinorGC（或 young GC 或 YGC）日志：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 31744K->2192K (36864K) ] 31744K->2200K (121856K), 0.0139308 secs] [Times: user=0.05 sys=0.01, real=0.01 secs]

FullGC

[Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5104K->0K (132096K) ] [Par01dGen: 416K->5453K (50176K) ]5520K->5453K (182272K), [Metaspace: 20637K->20637K (1067008K) ], 0.0245883 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.02 secs]

5.3. GC 日志结构剖析

透过日志看垃圾收集器

• Serial 收集器：新生代显示 “[DefNew”，即 Default New Generation

• ParNew 收集器：新生代显示 “[ParNew”，即 Parallel New Generation

• Parallel Scavenge 收集器：新生代显示"[PSYoungGen"，JDK1.7 使用的即 PSYoungGen

• Parallel Old 收集器：老年代显示"[ParoldGen"

• G1 收集器：显示”garbage-first heap“

透过日志看 GC 原因

• Allocation Failure：表明本次引起 GC 的原因是因为新生代中没有足够的区域存放需要分配的数据
• Metadata GCThreshold：Metaspace 区不够用了
• FErgonomics：JVM 自适应调整导致的 GC
• System：调用了 System.gc()方法

透过日志看 GC 前后情况

通过图示，我们可以发现 GC 日志格式的规律一般都是：GC 前内存占用-＞ GC 后内存占用（该区域内存总大小）

[PSYoungGen: 5986K->696K (8704K) ] 5986K->704K (9216K)

• 中括号内：GC 回收前年轻代堆大小，回收后大小，（年轻代堆总大小）

• 括号外：GC 回收前年轻代和老年代大小，回收后大小，（年轻代和老年代总大小）

注意：Minor GC 堆内存总容量 = 9/10 年轻代 + 老年代。原因是 Survivor 区只计算 from 部分，而 JVM 默认年轻代中 Eden 区和 Survivor 区的比例关系，Eden:S0:S1=8:1:1。

透过日志看 GC 时间

GC 日志中有三个时间：user，sys 和 real

• user：进程执行用户态代码（核心之外）所使用的时间。这是执行此进程所使用的实际 CPU 时间，其他进程和此进程阻塞的时间并不包括在内。在垃圾收集的情况下，表示 GC 线程执行所使用的 CPU 总时间。
• sys：进程在内核态消耗的 CPU 时间，即在内核执行系统调用或等待系统事件所使用的 CPU 时间
• real：程序从开始到结束所用的时钟时间。这个时间包括其他进程使用的时间片和进程阻塞的时间（比如等待 I/O 完成）。对于并行 gc，这个数字应该接近（用户时间＋系统时间）除以垃圾收集器使用的线程数。

由于多核的原因，一般的 GC 事件中，real time 是小于 sys time ＋ user time 的，因为一般是多个线程并发的去做 GC，所以 real time 是要小于 sys ＋ user time 的。如果 real ＞ sys ＋ user 的话，则你的应用可能存在下列问题：IO 负载非常重或 CPU 不够用。

5.4. GC 日志分析工具

GCEasy

GCEasy 是一款在线的 GC 日志分析器，可以通过 GC 日志分析进行内存泄露检测、GC 暂停原因分析、JVM 配置建议优化等功能，大多数功能是免费的。

官网地址：https://gceasy.io/

GCViewer

GCViewer 是一款离线的 GC 日志分析器，用于可视化 Java VM 选项 -verbose:gc 和 .NET 生成的数据 -Xloggc:<file>。还可以计算与垃圾回收相关的性能指标（吞吐量、累积的暂停、最长的暂停等）。当通过更改世代大小或设置初始堆大小来调整特定应用程序的垃圾回收时，此功能非常有用。

源码下载：https://github.com/chewiebug/GCViewer

运行版本下载：https://github.com/chewiebug/GCViewer/wiki/Changelog

GChisto

• 官网上没有下载的地方，需要自己从 SVN 上拉下来编译
• 不过这个工具似乎没怎么维护了，存在不少 bug

HPjmeter

• 工具很强大，但是只能打开由以下参数生成的 GC log，-verbose:gc -Xloggc:gc.log。添加其他参数生成的 gc.log 无法打开
• HPjmeter 集成了以前的 HPjtune 功能，可以分析在 HP 机器上产生的垃圾回收日志文件