Java中垃圾回收器GC对吞吐量的影响测试

在看内存管理术语表的时候偶然发现了”Pig in the Python（注：有点像中文里的贪心不足蛇吞象）”的定义，于是便有了这篇文章。表面上看，这个术语说的是GC不停地将大对象从一个分代提升到另一个分代的情景。这么做就好比巨蟒整个吞食掉它的猎物，以至于它在消化的时候都没办法移动了。

在接下来的这24个小时里我的头脑中充斥着这个令人窒息的巨蟒的画面，挥之不去。正如精神病医生所说的，消除恐惧最好的方法就是说出来。于是便有了这篇文章。不过接下的故事我们要讲的不是蟒蛇，而是GC的调优。我对天发誓。

大家都知道GC暂停很容易造成性能瓶颈。现代JVM在发布的时候都自带了高级的垃圾回收器，不过从我的使用经验来看，要找出某个应用最优的配置真是难上加难。手动调优或许仍有一线希望，但是你得了解GC算法的确切机制才行。关于这点，本文倒是会对你有所帮助，下面我会通过一个例子来讲解JVM配置的一个小的改动是如何影响到你的应用程序的吞吐量的。

示例

我们用来演示GC对吞吐量产生影响的应用只是一个简单的程序。它包含两个线程：

PigEater ?C 它会模仿巨蟒不停吞食大肥猪的过程。代码是通过往java.util.List中添加 32MB字节来实现这点的，每次吞食完后会睡眠100ms。
PigDigester ?C 它模拟异步消化的过程。实现消化的代码只是将猪的列表置为空。由于这是个很累的过程，因此每次清除完引用后这个线程都会睡眠2000ms。
两个线程都会在一个while循环中运行，不停地吃了消化直到蛇吃饱为止。这大概得吃掉5000头猪。

现在我们将这个系统的吞吐量定义为“每秒可以消化的猪的头数”。考虑到每100ms就会有猪被塞到这条蟒蛇里，我们可以看到这个系统理论上的最大吞吐量可以达到10头/秒。

GC配置示例

我们来看下使用两个不同的配置系统的表现分别是什么样的。不管是哪个配置，应用都运行在一台拥有双核，8GB内存的Mac（OS X10.9.3）上。

第一个配置：

1.4G的堆（-Xms4g -Xmx4g）
2.使用CMS来清理老年代（-XX:+UseConcMarkSweepGC）使用并行回收器清理新生代（-XX:+UseParNewGC）
3.将堆的12.5%（-Xmn512m）分配给新生代，并将Eden区和Survivor区的大小限制为一样的。
第二个配置则略有不同：

1.2G的堆（-Xms2g -Xms2g）
2.新生代和老年代都使用Parellel GC(-XX:+UseParallelGC)
3.将堆的75%分配给新生代（-Xmn 1536m）
4.现在是该下注的时候了，哪个配置的表现会更好一些(就是每秒能吃多少猪，还记得吧)？那些把筹码放到第一个配置上的家伙，你们一定会失望的。结果正好相反：

1.第一个配置（大堆，大的老年代，CMS GC）每秒能吞食8.2头猪
2.第二个配置（小堆，大的新生代，Parellel GC）每秒可以吞食9.2头猪

现在我们来客观地看待一下这个结果。分配的资源少了2倍但吞吐量提升了12%。这和常识正好相反，因此有必要进一步分析下到底发生了什么。

分析GC的结果

原因其实并不复杂，你只要仔细看一下运行测试的时候GC在干什么就能发现答案了。这个你可以自己选择要使用的工具。在jstat的帮助下我发现了背后的秘密，命令大概是这样的：

通过分析数据，我注意到配置1经历了1129次GC周期（YGCT_FGCT），总共花了63.723秒：

第二个配置一共暂停了168次（YGCT+FGCT），只花了11.409秒。

考虑到两种情况下的工作量是等同的，因此――在这个吃猪的实验中当GC没有发现长期存活的对象时，它能更快地清理掉垃圾对象。而采用第一个配置的话，GC运行的频率大概会是6到7倍之多，而总的暂停时间则是5至6倍。

说这个故事有两个目的。第一个也是最主要的一个，我希望把这条抽风的蟒蛇赶紧从我的脑海里赶出去。另一个更明显的收获就是――GC调优是个很需要技巧的经验活，它需要你对底层的这些概念了如指掌。尽管本文中用到的这个只是很平常的一个应用，但选择的不同结果也会对你的吞吐量和容量规划产生很大的影响。在现实生活中的应用里面，这里的区别则会更为巨大。因此，就看你如何抉择了，你可以去掌握这些概念，或者，只关注你日常的工作就好了，让Plumbr来找出你所需要的最合适的GC配置吧。