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消除線上GC頻繁的“心魔”，提高應(yīng)用性能！

作為一名程序員，相信大家都遇到過(guò)線上 GC 頻繁的情況，它不僅會(huì)影響應(yīng)用程序的性能，還可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序崩潰。那么，如何解決線上 GC 頻繁的問(wèn)題呢？本文將介紹可能導(dǎo)致線上 GC頻繁的原因以及相應(yīng)的解決措施，同時(shí)分享一般解決線上 GC 頻繁的步驟。

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導(dǎo)致 GC 頻繁的原因

線上 GC 頻繁可能是由于哪些原因?qū)е碌模?/p>

長(zhǎng)生命周期對(duì)象導(dǎo)致的Full GC：例如大對(duì)象或者持久化對(duì)象的生命周期很長(zhǎng)。
堆空間不足：如果堆空間不足，那么GC就會(huì)被頻繁觸發(fā)，因?yàn)槔鴮?duì)象沒(méi)有足夠的空間存放。這時(shí)需要增加堆內(nèi)存或者優(yōu)化代碼以減少對(duì)象數(shù)量，從而解決頻繁 GC 的問(wèn)題。
GC 算法選擇不當(dāng)：GC 算法的選擇會(huì)影響應(yīng)用程序的性能，如果選擇的算法不適合當(dāng)前場(chǎng)景，那么 GC 就會(huì)頻繁觸發(fā)。例如，在頻繁創(chuàng)建大量短生命周期對(duì)象的場(chǎng)景中，建議使用 CMS 算法，而在處理大對(duì)象和長(zhǎng)生命周期對(duì)象的場(chǎng)景中，建議使用 G1 算法。
內(nèi)存泄漏：內(nèi)存泄漏是指應(yīng)用程序中的對(duì)象不再被使用，但是仍然存在于內(nèi)存中，導(dǎo)致內(nèi)存占用不斷增加。如果應(yīng)用程序中存在內(nèi)存泄漏，那么 GC 就會(huì)被頻繁觸發(fā)。解決內(nèi)存泄漏的方法是通過(guò)代碼分析和內(nèi)存分析工具來(lái)找到泄漏的對(duì)象并修復(fù)。
程序設(shè)計(jì)問(wèn)題：如果程序設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，例如頻繁創(chuàng)建對(duì)象、使用不合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，那么就容易導(dǎo)致 GC 頻繁觸發(fā)。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是通過(guò)代碼優(yōu)化來(lái)減少對(duì)象的創(chuàng)建，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。
系統(tǒng)環(huán)境問(wèn)題：如果系統(tǒng)環(huán)境存在問(wèn)題，例如硬件故障、操作系統(tǒng)問(wèn)題等，也會(huì)導(dǎo)致 GC 頻繁觸發(fā)。這時(shí)需要針對(duì)具體情況進(jìn)行診斷和修復(fù)。

采取措施

針對(duì)上述問(wèn)題，可以采取以下措施進(jìn)行解決：

合理使用內(nèi)存：避免不必要的對(duì)象創(chuàng)建，減少全局變量、緩存數(shù)據(jù)等使用量，盡量做到內(nèi)存使用合理。
優(yōu)化 JVM 參數(shù)設(shè)置：合理設(shè)置 JVM 參數(shù)，包括新生代、老年代的大小設(shè)置、垃圾收集器的選擇等，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。
選擇合適的 GC 算法：選擇合適的 GC 算法也是解決頻繁 GC 的重要措施之一。在選擇 GC 算法時(shí)，需要考慮應(yīng)用程序的實(shí)際情況，例如對(duì)象的生命周期、對(duì)象數(shù)量、堆內(nèi)存大小等。建議在開(kāi)發(fā)和測(cè)試階段進(jìn)行 GC 算法的評(píng)估和選擇，并在線上環(huán)境中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
優(yōu)化代碼：對(duì)于頻繁創(chuàng)建對(duì)象、使用不合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等程序設(shè)計(jì)問(wèn)題，可以通過(guò)代碼優(yōu)化來(lái)解決。例如使用對(duì)象池技術(shù)、避免過(guò)多的自動(dòng)裝箱拆箱操作、選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、避免代碼中存在內(nèi)存泄漏、死循環(huán)等問(wèn)題等。
修復(fù)內(nèi)存泄漏：通過(guò)內(nèi)存分析工具來(lái)查找內(nèi)存泄漏的對(duì)象，并進(jìn)行修復(fù)，是解決頻繁 GC 問(wèn)題的重要措施之一。可以通過(guò)工具定位泄漏點(diǎn)，查看泄漏對(duì)象的引用鏈，從而確定泄漏的原因并進(jìn)行修復(fù)。
優(yōu)化系統(tǒng)環(huán)境：對(duì)于硬件故障、操作系統(tǒng)問(wèn)題等系統(tǒng)環(huán)境問(wèn)題，需要進(jìn)行診斷和修復(fù)?？梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)控工具來(lái)收集系統(tǒng)信息和日志，分析故障原因并進(jìn)行修復(fù)。

常見(jiàn)的解決步驟

如果我們遇到了線上 GC 頻繁的問(wèn)題，該如何解決呢？下面我們來(lái)介紹一下常見(jiàn)的解決步驟：

查看監(jiān)控：首先，我們需要查看監(jiān)控，以了解出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間點(diǎn)以及當(dāng)前 FGC 的頻率，可以對(duì)比正常情況看。通過(guò)監(jiān)控可以初步了解出問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)間段和頻率，為后續(xù)的分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
了解上線情況：接著，我們需要了解該時(shí)間點(diǎn)之前有沒(méi)有程序上線、基礎(chǔ)組件升級(jí)等情況。一些程序上線和基礎(chǔ)組件升級(jí)可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成影響，導(dǎo)致 GC 頻繁，因此了解上線情況是很有必要的。
分析 JVM 參數(shù)設(shè)置：我們還需要分析 JVM 的參數(shù)設(shè)置，包括堆空間各個(gè)區(qū)域的大小設(shè)置，新生代和老年代分別采用了哪些垃圾收集器，然后分析 JVM 參數(shù)設(shè)置是否合理。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，JVM 的參數(shù)設(shè)置是不同的，設(shè)置不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致 GC 頻繁。
排除法：再對(duì)步驟1中列出的可能原因做排除法，其中元空間被打滿、內(nèi)存泄漏、代碼顯示調(diào)用 GC 方法比較容易排查。我們需要結(jié)合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和代碼進(jìn)行排查，查找問(wèn)題的根本原因。
分析長(zhǎng)生命周期對(duì)象：對(duì)于大對(duì)象或者長(zhǎng)生命周期對(duì)象導(dǎo)致的 FGC，可通過(guò) jmap -histo 命令并結(jié)合 dump 堆內(nèi)存文件作進(jìn)一步分析，需要先定位到可疑對(duì)象。我們需要利用 jmap 和 dump 堆內(nèi)存文件來(lái)找到導(dǎo)致問(wèn)題的可疑對(duì)象，并進(jìn)行進(jìn)一步分析。
定位到具體代碼：最后，通過(guò)可疑對(duì)象定位到具體代碼再次分析。這時(shí)候要結(jié)合 GC 原理和 JVM 參數(shù)設(shè)置，弄清楚可疑對(duì)象是否滿足了進(jìn)入到老年代的條件才能下結(jié)論。通過(guò)分析可疑代碼，我們可以進(jìn)一步確定問(wèn)題的原因并采取針對(duì)性措施。

以上就是針對(duì)線上 GC頻繁問(wèn)題的解決步驟。當(dāng)然，實(shí)際情況可能更加復(fù)雜，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)采取相應(yīng)的解決方案。

工欲善其事，必先利其“器”

俗話說(shuō)“工欲善其事，必先利其器”，在這里我推薦大家使用一些監(jiān)控工具來(lái)幫助我們更好地監(jiān)控線上系統(tǒng)的運(yùn)行情況。其中，Prometheus 是一個(gè)非常好用的開(kāi)源監(jiān)控系統(tǒng)，它可以采集各種類(lèi)型的指標(biāo)，并且提供豐富的查詢(xún)語(yǔ)言和可視化界面，可以幫助我們更加方便地了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。此外，還有一些其他的監(jiān)控工具，如 Grafana、Zabbix 等，大家可以根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

結(jié)語(yǔ)

GC（垃圾收集）是 Java 虛擬機(jī)的重要組成部分，對(duì)于保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。當(dāng)線上 GC 頻繁時(shí)，我們需要快速響應(yīng)并采取有效的措施來(lái)解決問(wèn)題，否則會(huì)影響用戶體驗(yàn)和業(yè)務(wù)運(yùn)行。通過(guò)本文介紹的步驟，我們可以針對(duì)不同的情況進(jìn)行排查和解決，避免由于線上 GC 頻繁而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題出現(xiàn)。

同時(shí)，我們也要注意預(yù)防措施，優(yōu)化代碼和 JVM 參數(shù)設(shè)置，避免出現(xiàn)線上 GC 頻繁的問(wèn)題。在代碼層面上，盡量避免創(chuàng)建大量的臨時(shí)對(duì)象和使用不必要的裝箱和拆箱操作；在 JVM 參數(shù)設(shè)置上，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，例如調(diào)整堆空間大小和新生代和老年代的比例等等。

END

最后，我們希望通過(guò)本文的介紹，能夠幫助到廣大開(kāi)發(fā)者更好地理解和解決線上 GC 頻繁的問(wèn)題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為用戶提供更好的服務(wù)。

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