【JVM实践】（6）full gc分析与实战
Full GC全解析教程，涵盖触发机制、问题诊断、调优策略和实战案例：
Full GC终极指南：深度解析与调优实践
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一、核心概念体系
1.1 Full GC定义与特点
- 定义：对整个堆（Young+Old+Metaspace）进行的全局垃圾回收
- 特点：
- STW（Stop-The-World）时间较长
- 通常伴随老年代回收
- 可能触发压缩整理（取决于GC算法）
1.2 与Young GC对比
| 维度 | Young GC | Full GC |
|---|---|---|
| 回收范围 | 仅新生代 | 整个堆+元空间 |
| 触发频率 | 高 | 低 |
| 耗时 | 短（通常<100ms） | 长（可能秒级） |
| 收集器影响 | 不同算法差异小 | 算法差异显著 |
二、触发机制全解
2.1 常见触发条件
Full GC触发条件
老年代空间不足
元空间不足
System.gc调用
晋升失败
堆内存分配策略
2.2 各收集器差异
| 收集器 | Full GC触发条件 | 处理方式 |
|---|---|---|
| Serial | 老年代剩余空间 < 历次晋升平均大小 | Mark-Compact |
| CMS | 并发模式失败 | Serial Old |
| G1 | 堆内存不足且无法回收足够区域 | Full GC (Serial) |
| ZGC | 无传统Full GC概念 | 全阶段并发处理 |
三、诊断分析方法
3.1 GC日志解读
启用参数：
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/path/to/gc.log
典型日志分析：
2024-03-20T14:23:45.731+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold)
[PSYoungGen: 43520K->0K(611648K)]
[ParOldGen: 278432K->259872K(1398272K)] 321952K->259872K(2009920K),
[Metaspace: 105676K->105676K(1056768K)], 1.456736 secs]
- Metadata GC Threshold：元空间触发
- ParOldGen：老年代回收情况
- 1.456秒：STW时间
3.2 实时监控命令
# 统计Full GC次数与耗时
jstat -gcutil 2000
# 输出示例
S0 S1 E O M CCS YGC YGCT FGC FGCT GCT
0.0 100.0 99.6 98.3 99.8 91.2 217 5.97 3 4.23 10.20
关键指标：
- FGC：Full GC次数
- FGCT：Full GC总耗时
- O：老年代使用率
四、常见问题模式
4.1 内存泄漏模式
特征：
- FGC次数持续增加
- 每次FGC后老年代内存不下降
- 最终导致OOM
诊断步骤：
- 生成堆转储文件
jmap -dump:live,format=b,file=heapdump.hprof
- 使用MAT分析支配树
4.2 大对象冲击
特征：
- 突发性Full GC
- 老年代使用率瞬间上涨
- 常见于缓存加载/文件处理场景
代码示例：
// 错误示例：大对象直接进入老年代
List cache = new ArrayList<>();
cache.add(new byte[1024*1024*50]); // 50MB对象
4.3 元空间溢出
特征：
- Metaspace使用率接近100%
- 频繁FGC但无法回收
- 常见于动态类生成场景
诊断命令：
jstat -gcmetacapacity
五、调优策略矩阵
5.1 参数调优表
| 问题类型 | 调优参数 | 说明 |
|---|---|---|
| 内存泄漏 | -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError | 内存溢出时自动转储 |
| 老年代不足 | -XX:MaxTenuringThreshold=5 | 降低晋升阈值 |
| 元空间溢出 | -XX:MaxMetaspaceSize=512m | 限制元空间上限 |
| 大对象问题 | -XX:PretenureSizeThreshold=1048576 | 超过1MB直接进老年代 |
| 收集器优化 | -XX:+UseG1GC | 切换到G1收集器 |
5.2 G1调优示例
# 基础配置
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
# 内存区域设置
-XX:G1HeapRegionSize=4m
-XX:G1ReservePercent=15
六、典型案例分析
6.1 案例一：缓存未清理
现象：
- 每30分钟发生Full GC
- 老年代每次增长5%
- FGC后内存下降不明显
分析步骤：
- 对比多次堆转储
- 发现ConcurrentHashMap持续增长
- 定位到未设置TTL的缓存
修复方案：
// 使用弱引用缓存
Map> cache = new ConcurrentHashMap<>();
6.2 案例二：JNI内存泄漏
现象：
- FGC次数异常但堆内存正常
- 物理内存持续增长
诊断方法：
# 监控Native内存
pmap -x | grep anonymous
解决方案：
- 检查JNI代码内存管理
- 使用NMT工具分析
-XX:NativeMemoryTracking=detail
jcmd VM.native_memory
七、综合练习题
习题1：日志分析
给出GC日志片段：
[Full GC (Ergonomics)
[PSYoungGen: 0K->0K(764416K)]
[ParOldGen: 259872K->259872K(1398272K)] 259872K->259872K(2162688K),
[Metaspace: 105676K->105676K(1056768K)], 2.345 secs]
问题：
- 本次Full GC是否有效回收内存？
- 可能是什么原因导致？
习题2：参数调优
某系统配置：
-Xmx4g -Xms4g
-XX:+UseParallelGC
-XX:SurvivorRatio=8
现象：每小时发生3-4次Full GC，每次耗时1.5秒
问题：提出至少两种优化方案
八、参考答案
习题1答案
1. 未有效回收内存（老年代259872K无变化）
2. 可能原因：
- 内存泄漏（对象被强引用）
- 堆外内存不足（如JNI分配）
- 系统内存资源耗尽
习题2答案
方案一：调整晋升策略
- 提高晋升阈值：-XX:MaxTenuringThreshold=10
- 增大Survivor区：-XX:SurvivorRatio=6
方案二：优化收集器
- 切换G1收集器：-XX:+UseG1GC
- 设置IHOP：-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=35
补充措施：
- 检查元空间配置：-XX:MaxMetaspaceSize=512m
- 添加内存溢出转储参数
九、注意事项
- 谨慎使用System.gc()：可能引发意外Full GC
- 堆外内存监控：Direct Buffer与JNI内存
- 混合收集器特性：如CMS的并发模式失败
- 预热阶段豁免：系统启动初期Full GC可能正常
十、调优工具链
现象发现
jstat监控趋势
GC日志分析
jmap堆转储
MAT分析
代码修复
压测验证
通过本教程，能够：
✅ 准确诊断各类Full GC问题
✅ 合理配置JVM内存参数
✅ 掌握多收集器调优策略
✅ 制定系统化解决方案
附：性能调优黄金法则
预防优于治疗 → 监控发现趋势 →
小步渐进调整 → 多维验证效果