目前，互联网上 Java 的 GC 资料要么是主要讲解理论，要么就是针对单一场景的 GC 问题进行了剖析，对整个体系总结的资料少之又少。前车之鉴，后事之师，美团的几位工程师历时一年多的时间，搜集了内部各种 GC 问题的分析文章，并结合个人的理解做了一些总结，希望能起到“抛砖引玉”的作用。

写在前面

| 本文主要针对 Hotspot VM 中“CMS + ParNew”组合的一些使用场景进行总结。重点通过部分源码对根因进行分析以及对排查方法进行总结，排查过程会省略较多。另外，本文专业术语较多，有一定的阅读门槛，如未介绍清楚，还请自行查阅相关材料。

| 本文总字数 2 万左右(不包含代码片段)，整体阅读时间约 30min ，文章较长，可以选择你感兴趣的场景进行研究。

本篇系第4部分。

• Java中9种常见的CMS GC问题分析与解决(一)
• Java中9种常见的CMS GC问题分析与解决(二)
• Java中9种常见的CMS GC问题分析与解决(三)

5.总结

在这里，我们把整个文章内容总结一下，方便大家整体地理解回顾。

5.1 处理流程(SOP)

下图为整体 GC 问题普适的处理流程，重点的地方下面会单独标注，其他的基本都是标准处理流程，此处不再赘述，最后在整个问题都处理完之后有条件的话建议做一下复盘。

• 制定标准：这块内容其实非常重要，但大部分系统都是缺失的，笔者过往面试的同学中只有不到一成的同学能给出自己的系统 GC 标准到底什么样，其他的都是用的统一指标模板，缺少预见性，具体指标制定可以参考 3.1 中的内容，需要结合应用系统的 TP9999 时间和延迟、吞吐量等设定具体的指标，而不是被问题驱动。
• 保留现场：目前线上服务基本都是分布式服务，某个节点发生问题后，如果条件允许一定不要直接操作重启、回滚等动作恢复，优先通过摘掉流量的方式来恢复，这样我们可以将堆、栈、GC 日志等关键信息保留下来，不然错过了定位根因的时机，后续解决难度将大大增加。当然除了这些，应用日志、中间件日志、内核日志、各种 Metrics 指标等对问题分析也有很大帮助。
• 因果分析：判断 GC 异常与其他系统指标异常的因果关系，可以参考笔者在 3.2 中介绍的时序分析、概率分析、实验分析、反证分析等 4 种因果分析法，避免在排查过程中走入误区。
• 根因分析：确实是 GC 的问题后，可以借助上文提到的工具并通过 5 Why 根因分析法以及跟第三节中的九种常见的场景进行逐一匹配，或者直接参考下文的根因鱼骨图，找出问题发生根因，最后再选择优化手段。

5.2 根因鱼骨图

送上一张问题根因鱼骨图，一般情况下我们在处理一个 GC 问题时，只要能定位到问题的“病灶”，有的放矢，其实就相当于解决了 80%，如果在某些场景下不太好定位，大家可以借助这种根因分析图通过排除法去定位。

5.3 调优建议

• Trade Off：与 CAP 注定要缺一角一样，GC 优化要在延迟(Latency)、吞吐量(Throughput)、容量(Capacity)三者之间进行权衡。
• 最终手段：GC 发生问题不是一定要对 JVM 的 GC 参数进行调优，大部分情况下是通过 GC 的情况找出一些业务问题，切记上来就对 GC 参数进行调整，当然有明确配置错误的场景除外。
• 控制变量：控制变量法是在蒙特卡洛(Monte Carlo)方法中用于减少方差的一种技术方法，我们调优的时候尽量也要使用，每次调优过程尽可能只调整一个变量。
• 善用搜索：理论上 99.99% 的 GC 问题基本都被遇到了，我们要学会使用搜索引擎的高级技巧，重点关注 StackOverFlow、Github 上的 Issue、以及各种论坛博客，先看看其他人是怎么解决的，会让解决问题事半功倍。能看到这篇文章，你的搜索能力基本过关了~
• 调优重点：总体上来讲，我们开发的过程中遇到的问题类型也基本都符合正态分布，太简单或太复杂的基本遇到的概率很低，笔者这里将中间最重要的三个场景添加了“*”标识，希望阅读完本文之后可以观察下自己负责的系统，是否存在上述问题。
• GC 参数：如果堆、栈确实无法第一时间保留，一定要保留 GC 日志，这样我们最起码可以看到 GC Cause，有一个大概的排查方向。关于 GC 日志相关参数，最基本的 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 等一些参数就不再提了，笔者建议添加以下参数，可以提高我们分析问题的效率。

• 其他建议：上文场景中没有提到，但是对 GC 性能也有提升的一些建议。
  • 主动式 GC：也有另开生面的做法，通过监控手段监控观测 Old 区的使用情况，即将到达阈值时将应用服务摘掉流量，手动触发一次 Major GC，减少 CMS GC 带来的停顿，但随之系统的健壮性也会减少，如非必要不建议引入。
  • 禁用偏向锁：偏向锁在只有一个线程使用到该锁的时候效率很高，但是在竞争激烈情况会升级成轻量级锁，此时就需要先消除偏向锁，这个过程是 STW 的。如果每个同步资源都走这个升级过程，开销会非常大，所以在已知并发激烈的前提下，一般会禁用偏向锁 -XX:-UseBiasedLocking 来提高性能。
  • 虚拟内存：启动初期有些操作系统(例如 Linux)并没有真正分配物理内存给 JVM ，而是在虚拟内存中分配，使用的时候才会在物理内存中分配内存页，这样也会导致 GC 时间较长。这种情况可以添加 -XX:+AlwaysPreTouch 参数，让 VM 在 commit 内存时跑个循环来强制保证申请的内存真的 commit，避免运行时触发缺页异常。在一些大内存的场景下，有时候能将前几次的 GC 时间降一个数量级，但是添加这个参数后，启动的过程可能会变慢。

6. 写在最后

最后，再说笔者个人的一些小建议，遇到一些 GC 问题，如果有精力，一定要探本穷源，找出最深层次的原因。另外，在这个信息泛滥的时代，有一些被“奉为圭臬”的经验可能都是错误的，尽量养成看源码的习惯，有一句话说到“源码面前，了无秘密”，也就意味着遇到搞不懂的问题，我们可以从源码中一窥究竟，某些场景下确有奇效。但也不是只靠读源码来学习，如果硬啃源码但不理会其背后可能蕴含的理论基础，那很容易“捡芝麻丢西瓜”，“只见树木，不见森林”，让“了无秘密”变成了一句空话，我们还是要结合一些实际的业务场景去针对性地学习。

你的时间在哪里，你的成就就会在哪里。笔者也是在前两年才开始逐步地在 GC 方向上不断深入，查问题、看源码、做总结，每个 Case 形成一个小的闭环，目前初步摸到了 GC 问题处理的一些门道，同时将经验总结应用于生产环境实践，慢慢地形成一个良性循环。

本篇文章主要是介绍了 CMS GC 的一些常见场景分析，另外一些，如 CodeCache 问题导致 JIT 失效、SafePoint 就绪时间长、Card Table 扫描耗时等问题不太常见就没有花太多篇幅去讲解。Java GC 是在“分代”的思想下内卷了很多年才突破到了“分区”，目前在美团也已经开始使用 G1 来替换使用了多年的 CMS，虽然在小的堆方面 G1 还略逊色于 CMS，但这是一个趋势，短时间无法升级到 ZGC，所以未来遇到的 G1 的问题可能会逐渐增多。目前已经收集到 Remember Set 粗化、Humongous 分配、Ergonomics 异常、Mixed GC 中 Evacuation Failure 等问题，除此之外也会给出 CMS 升级到 G1 的一些建议，接下来笔者将继续完成这部分文章整理，敬请期待。

“防火”永远要胜于“救火”，不放过任何一个异常的小指标(一般来说，任何不平滑的曲线都是值得怀疑的) ，就有可能避免一次故障的发生。作为 Java 程序员基本都会遇到一些 GC 的问题，独立解决 GC 问题是我们必须迈过的一道坎。开篇中也提到过 GC 作为经典的技术，非常值得我们学习，一些 GC 的学习材料，如《The Garbage Collection Handbook》、《深入理解Java虚拟机》等也是常读常新，赶紧动起来，苦练 GC 基本功吧。

最后的最后，再多啰嗦一句，目前所有 GC 调优相关的文章，第一句讲的就是“不要过早优化”，使得很多同学对 GC 优化望而却步。在这里笔者提出不一样的观点，熵增定律(在一个孤立系统里，如果没有外力做功，其总混乱度(即熵)会不断增大)在计算机系统同样适用，如果不主动做功使熵减，系统终究会脱离你的掌控，在我们对业务系统和 GC 原理掌握得足够深的时候，可以放心大胆地做优化，因为我们基本可以预测到每一个操作的结果，放手一搏吧，少年！

参考资料

[1]《ガベージコレクションのアルゴリズムと実装》中村 成洋 / 相川 光

[2]《The Garbage Collection Handbook》 Richard Jones/ Antony Hosking / Eliot Moss

[3]《深入理解Java虚拟机(第3版)》 周志明

[4]《Java Platform, Standard Edition HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide》

[5]《Shipilev One Page Blog》 Shipilëv

[6] https://openjdk.java.net/projects/jdk/15/

[7] https://jcp.org/en/home/index

[8]《A Generational Mostly-concurrent Garbage Collector》 Tony Printezis / David Detlefs

[9]《Java Memory Management White Paper》

[10]《Stuff Happens：Understanding Causation in Policy and Strategy》AA Hill

作者简介

新宇，2015 年加入美团，到店住宿门票业务开发工程师。

湘铭，2018 年加入美团，到店客户平台开发工程师。

祥璞，2018 年加入美团，到店客户平台开发工程师。

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• Java中9种常见的CMS GC问题分析与解决(二)
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