JVM参数之GC日志配置

2023-11-19

说到 Java 虚拟机，不得不提的就是 Java 虚拟机的 GC（Garbage Collection）日志。而对于 GC 日志，我们不仅要学会看懂，而且要学会如何设置对应的 GC 日志参数。
为了能够更直观地显示出每个参数的作用，我们将以下面的 Demo 为例子去设置 GC 日志参数。

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // allocate 4M space
        byte[] b = new byte[4 * 1024 * 1024];
        System.out.println("first allocate");
        // allocate 4M space
        b = new byte[4 * 1024 * 1024];
        System.out.println("second allocate");
    }
}

在上面的程序中，我们两次分配了 4M 的内存空间。为了认为制造 GC，我们启动时的 JVM 参数固定加上下面几个参数：

-XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8

-XX:+UseSerialGC 表示强制使用Serial+SerialOld收集器组合
-Xms20m 表示堆空间初始大小为 20 M。
-Xmx20m 表示堆空间最大大小为 20 M。
-Xmn10m 表示新生代大小为 10M。
-XX:SurvivorRatio=8 表示Eden:Survivor=8:1

经过上面这个设置，此时我们的堆空间的内存比例情况如下：Eden区 8M，FromSurvivor 1M，ToSurvivor 1M，老年代 10M。

下面就让我们来看看油管 GC 的参数有哪些吧。

打印GC日志

在 GC 日志参数中，最简单的一个参数就是打印 GC 日志：-XX:PrintGC。我们用下面的命令运行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC com.chenshuyi.GCDemo

输出结果：

first allocate
second allocate
[GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0045179 secs]

可以看到程序在第一次分配数组空间的时候发生了 GC，并且把 GC 前后以及堆空间大小都打印了出来。该日志显示 GC 前堆空间使用量为 4767K（4M左右）。GC 后堆空间为 4374K，当前可用堆大小为 19456K。

但你会发现使用 PrintGC 参数打印出来的日志比较简单，无法查看更详细的信息。如果你要查看更详细的信息，那么就需要下面这个参数。

打印详细GC日志

如果要查看更加详细的 GC 日志，那么就要使用 -XX:+PrintGCDetails 参数。下面我们使用该参数运行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC com.chenshuyi.GCDemo

程序输出：

first allocate
second allocate
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4603K->278K(9216K), 0.0036744 secs] 4603K->4374K(19456K), 0.0037100 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
 def new generation   total 9216K, used 4538K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,  52% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bf0290e0, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,  27% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf545920, 0x00000007bf600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,  40% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bfa00010, 0x00000007bfa00200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2649K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

从上面的日志可以看出，该参数能打印出更加详细的 GC 信息，包括：年轻代的信息、永久代的信息。

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4603K->278K(9216K), 0.0036744 secs] 4603K->4374K(19456K), 0.0037100 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

该参数还会在退出之前打印出整个堆的详细信息：

Heap
 def new generation   total 9216K, used 4538K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,  52% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bf0290e0, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,  27% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf545920, 0x00000007bf600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,  40% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bfa00010, 0x00000007bfa00200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2649K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

GC前后打印堆信息

上面两个命令基本上可以应付 90% 的使用场景了，但有时候我们在 GC 前后还想获取更加详细的信息。那么我们可以使用 PrintHeapAtGC 参数，该参数会在 GC 前后打印堆信息。

使用下面的命令运行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintHeapAtGC com.chenshuyi.GCDemo

输出结果：

first allocate
second allocate
{Heap before GC invocations=0 (full 0):
 def new generation   total 9216K, used 4767K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,  58% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bf0a7e98, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf500000, 0x00000007bf600000)
 tenured generation   total 10240K, used 0K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,   0% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2646K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K
Heap after GC invocations=1 (full 0):
 def new generation   total 9216K, used 278K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,   0% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bec00000, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,  27% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf545950, 0x00000007bf600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,  40% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bfa00010, 0x00000007bfa00200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2646K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K
}

仔细看一下，会发现在 GC 发生前后都打印了一次堆空间信息。
在这里插入图片描述
通过这个参数，我们可以详细了解每次 GC 时堆空间的详细信息。

打印GC发生的时间 -XX:+PrintGCTimeStamps

这个参数非常简单，就是在每次 GC 日志的前面加上一个时间戳。这个时间戳表示 JVM 启动后到现在所逝去的时间。

使用下面的参数运行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCTimeStamps com.chenshuyi.GCDemo

输出结果：

first allocate
second allocate
0.130: [GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0051351 secs]

上面日志第 3 行中的「0.130」就是该 GC 发生的时间。

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 打印应用程序的执行时间

使用下面的命令运行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime com.chenshuyi.GCDemo

运行结果：

first allocate
second allocate
Application time: 0.0371892 seconds
[GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0040074 secs]
Application time: 0.0010712 seconds

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打印应用由于GC而产生的停顿时间

使用下面的命令运行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime com.chenshuyi.GCDemo

运行结果：

first allocate
second allocate
[GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0045644 secs]
Total time for which application threads were stopped: 0.0047873 seconds, Stopping threads took: 0.0000329 seconds

可以看到最后一行打印出了因为 GC 而暂停的时间。

保存GC日志 -Xloggc

这个参数可以将 GC 日志输出到文件中保存起来。

使用下面的参数运行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintReferenceGC -Xloggc:gc.log com.chenshuyi.GCDemo

运行之后在本目录会生成一个 gc.log 文件，打开该文件：

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.181-b13) for bsd-amd64 JRE (1.8.0_181-b13), built on Jul  7 2018 01:02:31 by "java_re" with gcc 4.2.1 (Based on Apple Inc. build 5658) (LLVM build 2336.11.00)
Memory: 4k page, physical 8388608k(45132k free)

/proc/meminfo:

CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=10485760 -XX:NewSize=10485760 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintReferenceGC -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseSerialGC 
0.124: [GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0047748 secs]

可以看到堆的相关信息，以及 GC 的信息。

总结

除了上面这些参数，还有可以查看弱引用的参数：-XX:+PrintReferenceGC。它跟踪软引用、弱引用、虚引用和Finallize队列的信息，但是使用场景较为狭窄。基本上掌握上面的几个常用的 GC 日志参数就足够排查使用，最重要的是弄清楚每个参数的作用和用法。


参数	含义
-XX:PrintGC	打印GC日志
-XX:+PrintGCDetails	打印详细的GC日志。还会在退出前打印堆的详细信息。
-XX:+PrintHeapAtGC	每次GC前后打印堆信息。
-XX:+PrintGCTimeStamps	打印GC发生的时间。
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime	打印应用程序的执行时间
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime	打印应用由于GC而产生的停顿时间
-XX:+PrintReferenceGC	跟踪软引用、弱引用、虚引用和Finallize队列。
-XLoggc	将GC日志以文件形式输出。

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