Java 性能调优：优化 GC 线程设置

垃圾回收器使用一组称为 GC 线程的线程来执行回收工作。有时 JVM 可能会分配过多或过少的 GC 线程。本文将讨论 JVM 为什么会出现这种情况、其影响以及可能的解决方案。

1 咋查找应用程序的 GC 线程数量

进行线程转储分析来确定应用程序的 GC 线程数量：

  1. 从生产服务器捕获thread dump
  2. 使用thread dump分析工具进行分析
  3. 立即显示 GC 线程数量，如图

还可通过 JMX（Java Management Extensions）或VisualVM、JConsole 等查看 GC 线程数量。

2 咋设置 GC 线程数量？

JVM 参数手动调整 GC 线程数：

  • -XX:ParallelGCThreads=n：设置垃圾回收器并行阶段使用的线程数量
  • -XX:ConcGCThreads=n：控制垃圾回收器并发阶段使用的线程数量

注意这些参数适用于并行垃圾回收器（如 ParallelGC 和 ParallelOldGC）和并发垃圾回收器（如 G1GC）。

3 默认 GC 线程数量多少？

根据服务器或容器中的 CPU 数量自动计算。

  • -XX:ParallelGCThreads 默认值：在 Linux/x86 系统上，默认值公式：
if (处理器数量 <=8) {   返回处理器数量; 
} else {  返回 8 + (处理器数量 - 8) * (5/8); 
}

因此，如果 JVM 运行在拥有 32 个处理器的服务器上，那么 ParallelGCThread 的值将是 23。

  • -XX:ConcGCThreads 默认值：公式：
max((ParallelGCThreads+2)/4, 1)

因此，如果 JVM 运行在 32 个处理器的服务器上：

  • ParallelGCThread 的值将是 23（即 8 + (32 – 8) * (5/8)）
  • ConcGCThreads 的值将是 6（即 max(25/4, 1)）

4 JVM 会分配过多的 GC 线程吗？

JVM 可能在你不知情下分配过多 GC 线程。因为默认 GC 线程数量是根据服务器或容器中的 CPU 数量自动确定。

如在拥有 128 个 CPU 机器，JVM 可能会为垃圾回收的并行阶段分配大约 80 个线程，并为并发阶段分配大约 20 个线程，总计 100 个 GC 线程。

如你在这台 128 CPU 的机器上运行多个 JVM，每个 JVM 可能会分配大约 100 个 GC 线程。这会导致资源的过度使用，因为所有这些线程都在争夺相同的 CPU 资源。这种情况在容器化环境中特别常见，因为多个应用程序共享相同的 CPU 核心，导致 JVM 分配的 GC 线程超过所需数量，从而降低整体性能。

容器化环境

JVM 可能根据容器分配的 CPU 资源来计算 GC 线程数量，而非物理机器的 CPU 数量。这可能导致在共享 CPU 资源的容器环境中分配过多的 GC 线程。

5 过多GC线程也是问题？

虽然 GC 线程对高效的内存管理非常重要，但过多 GC 线程可能会导致 Java 应用程序性能问题。

上下文切换增加

当 GC 线程过多时，操作系统需要频繁地在这些线程之间切换，导致上下文切换的开销增加，更多的 CPU 时间花在管理线程上，而不是执行应用程序代码，结果应用程序可能会明显变慢。

CPU 开销增加

每个 GC 线程都会消耗 CPU 资源，过多的线程同时活跃时，它们会争夺 CPU 时间，减少应用程序的主要任务的处理能力，特别是在 CPU 资源有限的情况下。

内存争用

过多的 GC 线程会增加内存资源争用，多个线程同时访问和修改内存会导致锁争用，从而进一步降低应用程序性能。

GC 暂停时间增加，吞吐量下降

过多的 GC 线程会使垃圾回收过程低效，导致更长的 GC 暂停时间，应用程序会被暂时中断，延长的暂停时间可能会造成明显的延迟或卡顿。此外，更多的时间花在垃圾回收上而不是处理请求，应用程序的整体吞吐量会下降，从而影响其在高负载下的扩展性和性能。

延迟增加

由于过多线程导致 GC 活动增加，响应用户请求或处理任务的延迟也会增加，这对需要低延迟的应用程序来说尤其严重，例如实时系统或高频交易平台。

边际效益递减

增加 GC 线程到一定程度后，并不会继续提高性能，反而会出现边际效益递减，管理这些线程的开销超过了更快垃圾回收的好处，这会导致应用性能下降。

6 过少GC线程还是问题？

过少的 GC 线程同样会给 Java 应用程序带来问题。原因如下：

  1. 垃圾回收时间延长：GC 线程过少时，垃圾回收所需时间变长，线程少，处理时间长，GC 暂停时间也随之延长。
  2. 应用程序延迟增加：垃圾回收时间过长会增加应用程序的延迟，特别是对于需要低延迟的应用程序，用户可能会感到应用程序无响应。
  3. 吞吐量降低：GC 线程数量不足会导致垃圾回收器工作效率降低，进而影响整体吞吐量，应用程序每秒处理的请求或事务变少，影响其扩展能力。
  4. CPU 利用率低下：线程过少时，CPU 核心可能无法充分利用，部分核心闲置，部分核心负载过重，资源利用率不均衡。
  5. 增加OOM和内存泄漏风险：GC 线程过少可能导致垃圾回收器无法跟上内存分配的速度，回收不及时，可能出现OOM，甚至导致内存泄漏和崩溃。

7 优化 GC 线程数的解决方案

若应用程序因 GC 线程数量不当导致性能问题，可通过 JVM 参数手动调整 GC 线程数：

  • -XX:ParallelGCThreads=n
  • -XX:ConcGCThreads=n

在生产环境中应用这些更改前，先研究应用程序的 GC 行为，收集并分析 GC 日志。根据分析结果，判断当前线程设置是否导致性能瓶颈，然后进行相应调整。

务必在受控环境中测试这些更改，以确保它们的确能改善性能，然后再应用于生产环境。调整 GC 线程数量时，应结合应用程序的实际工作负载、内存使用情况和硬件配置进行综合考虑。此外，可以使用工具如 GCViewer 来分析 GC 日志，以更好地理解 GC 行为并进行优化。

8 总结

平衡 GC 线程数量对 Java 应用程序的平稳运行至关重要。通过仔细监控和调整这些设置，可以避免潜在的性能问题，并保持应用程序的高效运行。

关注我，紧跟本系列专栏文章，咱们下篇再续！

作者简介：魔都架构师，多家大厂后端一线研发经验，在分布式系统设计、数据平台架构和AI应用开发等领域都有丰富实践经验。

各大技术社区头部专家博主。具有丰富的引领团队经验，深厚业务架构和解决方案的积累。

负责：

  • 中央/分销预订系统性能优化

  • 活动&券等营销中台建设

  • 交易平台及数据中台等架构和开发设计

  • 车联网核心平台-物联网连接平台、大数据平台架构设计及优化

  • LLM Agent应用开发

  • 区块链应用开发

  • 大数据开发挖掘经验

  • 推荐系统项目

    目前主攻市级软件项目设计、构建服务全社会的应用系统。

参考：

  • 编程严选网

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