day2: JVM

上午（3小时）：GC算法与调优参数学习

核心目标：掌握CMS、G1、ZGC的核心原理、适用场景及调优参数，理解GC日志分析方法。

1. 学习内容与步骤

1. 精读《深入理解Java虚拟机》第3章（重点：3.4-3.6节）

   • 核心知识点：

     • CMS（Concurrent Mark Sweep）：

       • 阶段：初始标记（STW）、并发标记、重新标记（STW）、并发清除。

       • 适用场景：低延迟应用（如Web服务），但内存碎片化严重。

       • 关键参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC、-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70（老年代70%时触发GC）。

     • G1（Garbage-First）：

       • 分区模型（Region）、Mixed GC（年轻代+部分老年代回收）。

       • 关键参数：-XX:+UseG1GC、-XX:MaxGCPauseMillis=200（目标暂停时间）。

     • ZGC（Z Garbage Collector）：

       • 基于染色指针（Colored Pointers）、NUMA感知，适合大堆内存（TB级）。

       • 关键参数：-XX:+UseZGC、-XX:ZAllocationSpikeTolerance=5（分配速率容忍度）。

   • 学习建议：

     • 整理对比表格（如下），标注各GC算法的优缺点：

     GC算法	适用场景	优点	缺点
     CMS	低延迟、中小堆内存	并发收集，停顿时间短	内存碎片、Full GC时间长
     G1	大堆内存、平衡吞吐/延迟	可预测停顿、分区回收	内存占用高
     ZGC	超大堆内存、极低延迟	亚毫秒级停顿、扩展性强	JDK11+支持、调优复杂

2. 结合OpenJDK源码验证GC实现

   • 源码定位：

     • CMS源码路径：src/hotspot/share/gc/cms

     • G1源码路径：src/hotspot/share/gc/g1

     • ZGC源码路径：src/hotspot/share/gc/z

   • 实践建议：

     • 使用IDE（如IntelliJ）打开concurrentMarkSweepGeneration.cpp（CMS核心逻辑），关注collect()方法流程。

3. GC日志分析实战

   • 启用GC日志：

     # CMS示例  
     java -XX:+UseConcMarkSweepGC -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar your_app.jar  
     
     # G1示例  
     java -XX:+UseG1GC -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar your_app.jar  

   • 日志解析：

     • 关注Full GC频率、GC pause时间、内存回收效率。

2. 学习产出

• 对比表格：整理CMS/G1/ZGC的核心差异（如适用场景、参数配置）。

• GC日志样例：记录不同GC算法的日志片段并标注关键信息。

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下午（3小时）：JProfiler压测与调优实战

核心目标：通过JProfiler压测不同GC算法，对比性能差异并优化参数。

1. 实战步骤与代码示例

1. 安装与配置JProfiler

   • 下载安装：JProfiler官网（申请试用或购买）。

   • 基础配置：

     • 启动JProfiler，附加到Java进程；

     • 开启“Memory”和“GC Activity”监控视图。

2. 设计压测用例

   • 测试代码：模拟内存分配与对象晋升场景。

     public class GCTest {  
         public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
             List<byte[]> list = new ArrayList<>();  
             while (true) {  
                 // 分配1MB对象，触发GC  
                 byte[] data = new byte[1024 * 1024];  
                 list.add(data);  
                 Thread.sleep(10);  
             }  
         }  
     }  

3. 执行压测与对比

   • 测试步骤：

     1. CMS测试：

        java -XX:+UseConcMarkSweepGC -Xmx512m -Xms512m -jar GCTest.jar  

     2. G1测试：

        java -XX:+UseG1GC -Xmx512m -Xms512m -XX:MaxGCPauseMillis=200 -jar GCTest.jar  

     3. ZGC测试（JDK11+）：

        java -XX:+UseZGC -Xmx512m -Xms512m -jar GCTest.jar  

   • JProfiler监控：

     • 记录各GC算法的“GC Pause Time”、“Heap Usage”、“Throughput”。

4. 优化调参

   • CMS优化：调整-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75（提前触发GC避免Full GC）；

   • G1优化：设置-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45（更早启动Mixed GC）。

2. 交付物要求

1. 压测报告：

   • 结构模板：

     ## 测试环境  
     - JDK版本：11.0.12  
     - 堆大小：512MB  
     ## 测试结果  
     | GC算法 | 平均GC暂停时间（ms） | Full GC次数 | 吞吐量（%） |  
     |--------|----------------------|-------------|------------|  
     | CMS    | 50                   | 2           | 95.2       |  
     | G1     | 30                   | 0           | 97.8       |  
     | ZGC    | 2                    | 0           | 99.1       |  
     ## 优化建议  
     - CMS：建议增加老年代预留空间，避免内存碎片。  
     - G1：适当降低`MaxGCPauseMillis`以平衡吞吐与延迟。  

2. 技术博客：

   • 标题：《Day2：CMS vs G1 vs ZGC——GC算法压测与调优实战》

   • 内容框架：

     • 各GC算法原理总结；

     • 压测设计与JProfiler监控方法；

     • 性能对比与调优建议。

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晚上（2小时）：总结与输出

1. 整理压测数据：

   • 使用Excel或Markdown表格汇总测试结果；

   • 截图JProfiler监控视图（如GC暂停时间趋势图）。

2. 提交GitHub与文档：

   • 创建仓库（如gc-pressure-test），提交测试代码与报告；

   • 在博客中嵌入压测报告核心结论。

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资源使用建议

1. 书籍重点章节：

   • 《深入理解Java虚拟机》第3章（精读3.4-3.6节）；

   • 《Java性能权威指南》第5章（GC调优实战）。

2. 工具与代码参考：

   • JProfiler官方文档：链接；

   • OpenJDK GC源码：结合源码理解CMS/G1的回收逻辑。

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明日预习（Day3）

• 核心内容：类加载机制（双亲委派、自定义类加载器）；

• 工具准备：准备加密Class文件（如使用XOR简单加密），编写自定义类加载器。

Day2完成标志：压测代码运行成功、报告结构清晰、博客发布。 若遇到问题：优先查阅《深入理解Java虚拟机》对应章节，或通过JProfiler社区提问。