Java G1 GC 调优实战总结 — 从内存占用到GC停顿优化

一、背景介绍

某Java应用，堆内存5.6GB，GC停顿时间过长，年轻代GC也经常超过1秒，影响响应和系统稳定性。初始GC参数：

-XX:+UnlockExperimentalVMOptions \
-XX:G1NewSizePercent=60 \
-XX:G1MaxNewSizePercent=65 \
-XX:G1ReservePercent=20 \
-XX:G1HeapRegionSize=16m

堆中年轻代占比较大，内存占用高，GC频繁且停顿长。

二、问题诊断

1. GC日志分析

   • 长时间的 G1 Evacuation Pause，部分停顿超过2秒
   • “to-space exhausted”导致的Evacuation失败，GC Worker耗时长，停顿时间被拉长
   • Object Copy阶段耗时明显，GC Worker尝试次数多

2. 年轻代配置不合理

   • 年轻代大小设置过大（60%+），年轻代GC停顿较长，且老年代GC时机提前触发
   • 16MB的Region Size对5.6GB堆来说偏大，减少了region数，降低了G1管理的灵活性

3. 堆利用率分析
   使用jcmd <pid> GC.heap_info查看堆详情：

   garbage-first heap   total 5464064K, used 2280952K
   region size 8192K, 28 young (229376K), 6 survivors (49152K)
   Metaspace used 200082K
   

   堆使用率约42%，Region Size 8MB比较适中，没有出现大量humongous对象。

三、调优方案与实践

1. 年轻代大小调整

• 目标：年轻代设置为堆的30%~40%，减少年轻代GC停顿
• 参数示例：

-XX:G1NewSizePercent=30 -XX:G1MaxNewSizePercent=40 -XX:G1ReservePercent=20

2. Heap Region Size 调整

• 从16MB调整为8MB，提升Region数量，优化堆碎片管理
• 参数：

-XX:G1HeapRegionSize=8m

3. 取消过度偏大的年轻代设置

• 避免年轻代过大导致长时间Stop-the-World停顿
• 使年轻代GC更频繁但更快完成，整体提升响应速度

4. 总体参数示例

-XX:+UseG1GC -XX:+UnlockExperimentalVMOptions \
-XX:G1NewSizePercent=30 -XX:G1MaxNewSizePercent=40 \
-XX:G1ReservePercent=20 -XX:G1HeapRegionSize=8m

四、调优效果

• 堆内存占用显著下降，年轻代GC次数减少，老年代GC基本消失
• 单次GC停顿时间大幅缩短，年轻代GC停顿均在几十毫秒级别
• 稳定性提升，响应时间更加稳定

五、额外经验分享

• G1默认年轻代比例约为堆大小的25%，调整时应结合业务实际分配情况
• region size根据堆大小和对象分配特征调整，堆小且对象较小可考虑4MB
• 通过jcmd <pid> GC.heap_info可实时查看堆和region配置，生产环境安全可用
• 避免年轻代过大导致单次GC停顿过长，年轻代稍小频繁GC反而提升整体吞吐和响应

六、结语

调优Java GC是一项细致工作，需要结合具体业务负载和GC日志数据反复验证。合理的年轻代大小和Region大小设置，配合G1垃圾收集器自身的特性，可以极大提升应用稳定性和响应速度。