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面试题：如何减少长时间的 GC 停顿?

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面试题：如何减少长时间的 GC 停顿?

作者 | Ram Lakshmanan

垃圾回收是非常必要的，但是如果处理不好，它会成为性能杀手。采取以下步骤以确保 GC 停顿时间最少且最短。

长时间的 GC 停顿对应用程序是不利的，它会影响服务的 SLA，进而导致糟糕的用户体验，并对核心应用程序的服务造成严重损害。因此，在本文中，我列出了导致长时间 GC 停顿的关键原因以及解决这些问题的可能的解决方案。

1. 高速率创建对象

如果你的应用程序的对象创建率很高，那么为了跟上它，垃圾回收率也将会很高。高垃圾回收率也会增加 GC 停顿时间。因此，优化应用程序以创建更少的对象是减少长 GC 停顿的有效策略。这可能是一个耗时的工作，但百分百值得去做。为了优化应用程序中的对象创建速率，可以考虑先使用 Java 分析器来进行分析，例如 JProfiler，YourKit 或 JVisualVM，通过这些分析器可得出以下信息报告：

创建了哪些对象？
创建这些对象的速率是多少？
它们在内存中占用多少空间？
谁在创建了它们？

始终尝试去优化占用最大内存量的对象。

提示: 如何计算对象创建速率

将你的 GC 日志上传到通用 GC 日志分析器工具 GCeasy。该工具将报告对象创建率。在“对象统计信息”中将列出“平均创建率”。此项将报告对象创建率。力争使该值保持较低。请参见下图（摘自 GCeasy 生成的报告的目录），显示“平均创建速度”为 8.83 mb.sec 。

面试题：如何减少长时间的 GC 停顿?

2. 年轻代空间不足

当年轻代过小时，对象会过早地提升到老年代。从老年代收集垃圾比从年轻代收集垃圾要花费更多的时间。因此，增加年轻代的大小有可能减少长时间的 GC 停顿。可以通过设置两个 JVM 参数之一来增加年轻一代的大小：

-Xmn：指定年轻代的大小。

-XX:NewRatio：指定年轻代相对于老年代的大小比例。例如，设置 -XX:NewRatio=2 表示年轻代与老年代之间的比率为 1:2。年轻代的大小将是整个堆的 1/3。因此，如果堆大小为 2 GB，则年轻代大小将为 2G / 3 = 667 MB。

3. 选择 GC 算法

GC 算法对 GC 停顿时间有很大的影响。如果你是 GC 专家或打算成为一个（或你的团队中的有人是 GC 专家），你可以调整 GC 参数配置以获得最佳 GC 停顿时间。如果你没有大量的 GC 的专业知识，那么我建议使用 G1 GC 算法，因为它有 自动调节 的能力。在 G1 中，可以使用系统属性 -xx：MaxGCPauseMillis 来设置 GC 预期最大停顿时间。例如：

按照上面的例子，最大 GC 停顿时间设置为 200 毫秒。这是一个软目标，JVM 将尽力实现它。

4. 进程使用了 Swap

有时由于物理内存不足（RAM），操作系统可能会将应用程序暂时不用的数据从内存交换出去。交换动作是非常昂贵的，因为它需要访问磁盘，这比物理内存访问要慢得多。

依我之见，在生产环境中，任何一个重要的应用程序都不应该交换。当进程使用了 Swap 时，GC 将需要很长的时间才能完成。

下面的脚本来自 StackOverflow （感谢作者），当执行脚本时，将显示所有正在发生交换的进程。请确保你的应用程序进程没有使用 Swap。

如果发现进程使用了 Swap 分区，则可以执行下列操作之一：

分配更多的物理内存。
减少在服务器上运行的进程的数量，以便它可以释放内存（RAM）。
减少应用程序的堆大小（我不建议这么做，因为它会导致其他副作用。不过，它可能会解决你的问题）。

5. 调整 GC 线程数

对于 GC 日志中报告的每个 GC 事件，会打印用户、系统和实际执行时间。例如：

如果在 GC 事件中，您始终注意到 real 时间并不显著小于 user 时间，那么它可能指示没有足够的 GC 线程。考虑增加 GC 线程数。假设 user 时间为 25s，并且将 GC 线程计数配置为 5，那么 real 应该接近 5s（因为 25s/5＝5s）。

警告：添加太多的 GC 线程将消耗大量 CPU，从而占用应用程序的资源。因此，在增加 GC 线程数之前，需要进行充分的测试。

6. 后台 I/O 活动

如果有大量的文件系统 I/O 活动（即发生大量的读写操作），也可能导致长时间的 GC 停顿。此繁重的文件系统 I/O 活动可能不是由应用程序引起的。可能是由于运行在同一服务器上的另一进程造成的。但它仍然会导致应用程序遭受长时间的 GC 停顿。

当有严重的 I/O 活动时，你会注意到 real 的时间明显高于 user 的时间。例如：

当这种情况发生时，以下是一些可能的解决方案：

如果高 I/O 活动是由应用程序引起的，那么优化它。
消除在服务器上导致高 I/O 活动的进程。
将应用程序移动到 I/O 活动较少的其他服务器。

提示: 如何监视 I/O 活动

在类 Unix系统中，你可以使用的 SAR 命令（系统活动情况报告）监视 I/O 活动。例如：

上面的命令每 1 秒会报告一次读取/秒和写入/秒的统计数据。有关 SAR 命令的更多细节，可以自行参阅相关资料。

7. System.gc() 调用

当调用 System.gc() or Runtime.getRuntime().gc() 方法时，它将导致 stop-the-world 的 Full GC。在 Full GC 期间，整个 JVM 被冻结（即在此期间不会执行任何用户活动）。System.gc() 调用一般来源于以下情况：

1、开发人员可能会显式地调用 System.gc() 方法。2、使用的第三方库、框架，有时甚至是应用程序服务器。其中任何一个都可能调用 System.gc() 方法。3、还可以通过使用 JMX 从外部工具（如 VisualVM）触发。4、如果你的应用程序正在使用 RMI，那么 RMI 会定期调用 System.gc() 。可以使用以下系统属性配置此调用间隔：

评估是否显式调用 System.gc() 是绝对必要的。如果不需要，请把它删掉。另一方面，可以通过传递 JVM 参数来强制禁用 System.gc() 调用 -XX:+DisableExplicitGC 。

提示：如何知道是否显示调用了 System.gc()

将 GC 日志上传到通用 GC 日志分析器工具GCeasy。此工具有一个名为 GCCauses 的部分。如果由于System.gc()调用而触发 GC 活动，则此部分将报告该情况。请看下图（摘自 GCeasy 生成的报告目录），显示了 System.gc() 在这个应用程序的生命周期中被做了四次。

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