CMS：聽我的，生產環境上要這樣配置JVM參數
哪怕JDK16 GA已經發布很久了，但是，可以肯定的是，絕大多數的生產環境依然運行的是JDK8。此處必須來一句：JDK8 yyds。既然運行的是JDK8，那么生產環境的垃圾回收器基本上就是下面3種啦：
- PS（JDK8默認）
- CMS
- G1
默認垃圾回收器
筆者此篇文章只聚焦于如何配置一個比較合理的采用CMS作為垃圾回收器的JVM參數。首先要說的是，JDK8要使用CMS，那么必須顯示申明，因為它采用的默認垃圾回收器是ParallelGC。如何驗證它默認采用的垃圾回收器呢?非常簡單，運行如下代碼：
- package com.afei.test.main;
- import java.util.ArrayList;
- import java.util.List;
- /**
- * @author 公眾號: 阿飛的博客
- */
- 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參數：
- -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails
運行幾秒鐘后，我們強行停止JVM進程，就會在控制臺中看到如下日志從而佐證JDK8采用的默認垃圾回收器就是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]
或者可以通過如下信息得知默認垃圾回收器為ParallelGC：圖片
CMS用法
接下來筆者從多個方面介紹如何配置一個較好的使用CMS垃圾回收器的JVM參數參數。
顯示申明CMS
顯示申明垃圾回收器為CMS+parNew非常簡單，只需要添加如下兩個JVM參數：
- -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
這時候，再運行上面的代碼，就會得到如下信息。由下圖可知，這時候年輕代采用的是ParNew，而老年代采用的是CMS(concurrent mark-sweep)：
顯示申明CMS只是使用CMS的第一步，接下來還有很多優化需要我們去做，還有很多JVM參數等待我們去配置。
堆大小
接下來，最重要的就是申明年輕代和老年代的大小。由于采用的CMS+ParNew。建議堆大小不要超過8G，最好6G以內，因為CMS+ParNew組合情況下發生的FGC是采用MSC算法且單線程回收，如果堆內存很大，FGC時STW時間會非常恐怖。筆者這里以4G舉例，這時候再添加幾個JVM參數，我們得到如下的配置。這里筆者設置的年輕代大概是1.5G，老年代大概是2.5G。這算是一個比較合理的比例搭配。如果你的JVM參數這樣搭配但是GC情況仍然不是很好，那么可能需要根據你的業務特性進行特別的調優：
- -Xmx4g -Xms4g -Xmn1512m
線程棧
JDK8默認的線程棧大小為1M，有點偏大。以筆者的經驗，絕大部分微服務項目是可以調整為512k，甚至256k的(筆者的項目就是256k，運行的棒棒噠)：
- -Xss256k
Old回收閾值
既然配置的是CMS，那么如下兩個參數一定要加上。為什么要加上這兩個JVM參數呢?這是因為CMS回收條件非常復雜，如果不通過CMSInitiatingOccupancyFraction和UseCMSInitiatingOccupancyOnly限制只在老年代達到75%才回收的話(這個閾值可以根據具體情況適當調整)，當線上碰到一些CMS GC時，是很難搞清楚原因的：
- -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
CMS GC觸發條件相關文章推薦--【JVM 源碼解讀之 CMS GC 觸發條件】：https://mp.weixin.qq.com/s/Mu-Xz4CLgdxJhcMJ7aKAHg
元數據空間
如果是微服務架構，那么對于絕大部分應用來說，128M的元數據完全夠用。不過，JDK8的元數據空間并不是指定多少就初始化多大的空間。而是按需擴展元數據空間。所以，我們可以設置256M。如果不設置這兩個參數的話，元數據空間默認初始化只有20M出頭，那么就會在應用啟動過程中，Metaspace擴容發生FGC：
- -XX:MaxMetaspaceSize=256m -XX:MetaspaceSize=256M
dump路徑
設定如下兩個參數(需要說明的是，HeapDumpPath參數指定的路徑需要提前創建好，JVM沒辦法在生成dump文件時創建該目錄)，當JVM內存導致導致JVM進程退出時能自動在該目錄下生成dump文件：
- -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/log/jvmdump/
GC日志
這個必須有，不然線上環境GC問題都不好排查。并且loggc所在目錄(/data/log/gclog/)和dump路徑一樣，必須提前創建好，JVM無法自動創建該目錄：
- -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/data/log/gclog/gc.log
壓縮
我們都知道，CMS GC是并發的垃圾回收器，它采用的是標記清除算法，而不是壓縮算法。意味著隨著時間的推移，碎片會越來越多，JVM終究會觸發內存整理這個動作。那么，什么時候整理內存碎片呢?跟下面兩個參數有很大的關系。第一個參數是開啟這個能力，第二個參數表示在壓縮(compaction)內存之前需要發生多少次不壓縮內存的FGC。CMS GC不是FGC，在CMS GC搞不定的時候(比如：concurrent mode failure)，會觸發完全STW但不壓縮內存的FGC(假定命名為NoCompactFGC)，或者觸發完全STW并且壓縮內存的FGC(假定命名為CompactFGC)。所以，這個參數的意思就是，連續多少次NoCompactFGC后觸發CompactFGC。如果中間出現了CMS GC，那么又需要重新計數NoCompactFGC發生的次數：
- -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0
CMS回收條件推薦文章--[JVM 源碼解讀之 CMS 何時會進行 Full GC]：https://mp.weixin.qq.com/s/zn3-9e7ZZ7skLo1XDL0xww
筆者這里給出的配置事實上是默認值，即每次CMS GC搞不定的情況下觸發CompactFGC。這兩個參數很不好理解，為此，筆者舉幾個例子，假定有3種GC方式：CMS GC，NoCompactFGC， CompactFGC(如下時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就是不壓縮內存的FGC，采用的是標記清除(Mark-Sweep)算法，CompactFGC是會壓縮內存的FGC，采用的是標記清除壓縮算法(Mark Sweep Compact)，然后假設我們配置了-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=3，那么：
- 1、CMS GC, NoCompactFGC, NoCompactFGC, NoCompactFGC, CompactFGC（這時候如果發生FGC就會壓縮內存）
- 2、CMS GC, NoCompactFGC, NoCompactFGC, CMS GC, NoCompactFGC（這時候如果發生FGC不會壓縮內存，因為在此之前并沒有連續3次NoCompactFGC）
- 3、CMS GC, CMS GC, CMS GC, NoCompactFGC（如果前面連續發生的是CMS GC，那么接下來觸發的FGC還不會壓縮內存）
one more
最后，再推薦給大家一個搭配CMS時很好用的JVM參數，如下所示。官方對該參數的說明為:A System.gc() request invokes a concurrent collection and also unloads classes during such a concurrent gc cycle (effective only when UseConcMarkSweepGC)。這句話總結如下：1、只有在使用CMS時才有效。2、當調用System.gc()時會用CMS這個并行垃圾回收器去進行回收(比如大量使用DirectByteBuffer進行堆外內存操作，需要FGC來回收堆外內存的場景。就可以通過該參數讓本來需要FGC才能搞定的事情用CMS GC就可以搞定了)。3、除了能喚起并行垃圾回收器，還能卸載類。
- -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloadsClasses
最終，得到我們配置的完整的JVM參數配置如下(此參數在以前筆者負責的一個微服務項目中運行了數年，單機并發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，筆者再介紹一個很好的校驗JVM參數的網址：https://opts.console.heapdump.cn/，這里我們可以用到它的“參數檢查”。不過需要說明的是：盡信書不如不讀書，此網址的校驗結果只是作為參考，是否完全符合你的生產環境，還得視情況而定，畢竟JVM調優可不是一件簡單的事情：
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