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1. 引言：Java版本演进与GC演变背景

Java 8长期以来是企业主力版本，很多公司因稳定性和兼容性选择Java 8并启用CMS垃圾回收器。但从Java 9开始进入半年一版的快速发布模式，Java 8与Java 11成为LTS版本，后续LTS如Java 17、Java 21等陆续推出([en.wikipedia.org][1], [preemptive.com][2])。

随着JVM内部不断演进，CMS在Java 9中被标记为Deprecated，并于Java 14正式移除（见JEP 363）([openjdk.org][3], [oracle.com][4])。新GC器如G1、ZGC、Shenandoah成熟，逐渐成为主流选择。
因此，在不同JVM版本上配置GC参数需先查看默认值，不要盲从他人建议。

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2. 查看JVM参数默认值的方法

可以使用以下命令查看参数的默认值和当前生效参数：

java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:+UseG1GC 2>&1 | grep UseAdaptiveSizePolicy

上述命令在启动时列出所有Flags的最终值，通过grep过滤目标参数。常见用法还有：

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

输出示例（Java 8默认Parallel GC）：

-XX:InitialHeapSize=127905216 -XX:MaxHeapSize=2046483456 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC
openjdk version "1.8.0_41"
...

通过这些命令可确认某个参数是否已有默认值，避免重复配置或无效配置。

3. 基于ElasticSearch的JVM参数示例分析

ElasticSearch（ES）作为典型Java应用，其jvm.options提供了常见配置案例，便于学习和参考。

3.1 堆空间配置与AlwaysPreTouch

ES常见配置：

-Xms1g
-Xmx1g
-XX:+AlwaysPreTouch

将-Xms与-Xmx设为相同值可避免动态扩容开销。在堆较大时，-XX:+AlwaysPreTouch会在JVM启动时触碰（touch）所有堆页面，提前向操作系统申请并锁定内存页，增加启动时间，但减少运行时动态分配时的性能损耗，提高稳定性和吞吐([docs.oracle.com][5])。

对于存储型服务（如ES），通常将堆设置为物理内存一半，以留一半给操作系统文件缓存（PageCache），提高I/O效率；对于计算型Web服务，可将堆设置为物理内存2/3，剩余1/3供直接内存、本地内存等使用。

JVM内存布局：堆与堆外细分、PageCache与JVM堆的关系。 堆外包含元空间、CodeCache、直接内存、本地内存（线程栈、网络缓冲等）及JNI分配等。

3.2 堆外内存细分

• 元空间（Metaspace）：通过-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize可指定初始化与上限；默认无上限可能导致过度使用系统内存，建议根据应用类加载行为适当设置上限。
• JIT编译后代码存放 CodeCache：JIT编译后代码存储区，通过-XX:ReservedCodeCacheSize设置上限；若CodeCache满，会触发Full GC或影响性能。
• 直接内存（Direct Memory）：ByteBuffer等直接缓冲区申请内存，通过-XX:MaxDirectMemorySize限制，防止内存占用过大。
• 本地内存（Native Memory）：线程栈、JNI malloc、网络连接缓冲等，无法由JVM直接控制，但需关注高并发场景下的本地内存消耗。
• JNI内存：依赖具体JNI实现，JVM无法控制，但应避免JNI库出现内存泄漏。

3.3 GC日志配置（Java 8 vs Java 9+）

在Java 8中，常用GC日志参数（以ES为例）：

-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
-XX:+PrintTenuringDistribution
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime
-XX:-Xloggc:logs/gc.log
-XX:+UseGCLogFileRotation
-XX:NumberOfGCLogFiles=32
-XX:GCLogFileSize=64m

这些参数可打印GC细节、时间戳(系统时间)、年龄分布、STW停顿时间，并配置日志滚动([docs.oracle.com][5])。

Java 9+移除40多个GC日志参数，采用Unified Logging：

-Xlog:gc*,gc+age=trace,safepoint:file=logs/gc.log:utctime,pid,tags:filecount=32,filesize=64m

此方式更统一、灵活，可通过jcmd动态调整([foojay.io][6])。

3.4 OOM时Dump配置

ES常见：

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=data
-XX:ErrorFile=logs/hs_err_pid%p.log

发生OOM时自动生成堆转储文件，用于后续MAT等工具分析问题根因。正常可使用jmap等命令获取堆快照，但生产环境优先配置自动Dump。

3.5 垃圾回收器配置：CMS示例及迁移

ES默认曾使用CMS：

-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

• UseConcMarkSweepGC表示Young代用ParNew，Old代用CMS。
• CMSInitiatingOccupancyFraction设定启动并发标记的老年代占用阈值，避免Concurrent Mode Failure；需配合UseCMSInitiatingOccupancyOnly生效。

另外，对于 CMS 垃圾回收器，常用的还有下面的配置参数：

-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark
-XX:+ParallelRefProcEnabled

• -XX:ExplicitGCInvokesConcurrent 当代码里显示的调用了 System.gc()，实际上是想让回收器进行FullGC，如果发生这种情况，则使用这个参数开始并行 FullGC。建议加上。

• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 默认为 0，就是每次FullGC都对老年代进行碎片整理压缩，建议保持默认。

• -XX:CMSScavengeBeforeRemark 开启或关闭在 CMS 重新标记阶段之前的清除（YGC）尝试。可以降低 remark 时间，建议加上。

• -XX:+ParallelRefProcEnabled 可以用来并行处理 Reference，以加快处理速度，缩短耗时。

但CMS在Java 14已移除，不可再用，应转向G1或更现代GC([blog.gceasy.io][7])。

3.6 其他额外参数

• -Xss1m：设置线程栈大小为1MB，默认即1MB，可根据线程数和调用深度适当调整。
• -XX:-OmitStackTraceInFastThrow：ES关闭此项以便调试异常；开启可合并重复异常栈以提高性能，但调试困难。
• -Djava.awt.headless=true：服务器无GUI时需设置Headless模式，避免AWT初始化失败。
• 其他-D参数如-Dfile.encoding=UTF-8、-Des.networkaddress.cache.ttl=60等，根据应用需求配置网络、编码、临时目录、日志框架等。

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4. 常见GC器演进与配置要点

4.1 CMS生命周期与参数

CMS自Java 1.4.1起被引入，目标低延迟，但不压缩老年代容易产生碎片、发生Concurrent Mode Failure导致长STW。Java 9开始Deprecated，Java 14移除（JEP 363）([openjdk.org][3], [oracle.com][4])。建议迁移至G1等。

4.2 G1配置要点

G1自Java 7u14实验性引入，Java 9起默认GC。优点：并发标记、分区回收、自动压缩，提供MaxGCPauseMillis目标设置。常见参数：

• -XX:+UseG1GC
• -XX:MaxGCPauseMillis=<期望毫秒>
• -XX:G1HeapRegionSize=<2的幂，默认通常合适，不建议轻易修改>
• -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=<启动并发标记阈值，默认45%>
• -XX:ConcGCThreads=<默认即可>
  G1无需手动设置-Xmn，自动调优分代大小；可通过打印日志分析GC行为，调整Pause目标和Region大小。

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4.3 ZGC、Shenandoah简介

• ZGC：Java 11实验性，Java 15生产就绪，面向超大堆和低停顿（通常<10ms）。使用-XX:+UseZGC启用，需JDK对应版本支持。
• Shenandoah：类似目标，Java 12实验，Java 15+成熟。
  这些GC适用于大内存、低延迟场景，但需确认应用和平台支持。

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4.4 其他GC（Serial、Parallel等）

• Serial GC（-XX:+UseSerialGC）：小堆、单线程场景。
• Parallel GC（-XX:+UseParallelGC / UseParallelOldGC）：追求吞吐，适合批处理。
  选择需根据应用类型（交互型、批处理、超大堆等）决定。

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5. 深入调优：分代比例、SurvivorRatio、TenuringThreshold等

• -Xmn：调整年轻代大小，G1一般无需；在Parallel或CMS可根据业务调整，若对象存活率低可加大年轻代。
• -XX:SurvivorRatio：Eden和Survivor区比例，默认8，可根据对象晋升行为调整。
• -XX:MaxTenuringThreshold：对象晋升阈值，CMS下默认6，G1下默认15；可通过-XX:+PrintTenuringDistribution观察年龄分布，若早期代晋升过多，适当降低阈值；若大多数对象在Survivor区很快死亡，适当增大可减少晋升压力。
• PretenureSizeThreshold：大对象直接分配到老年代，使用少见。
  通过GC日志分析或可视化工具（如GCViewer、GCEasy）观察GC停顿、年轻代/老年代使用情况，再针对性调整。

6. 小结与建议

• 在不同JVM版本和GC器上，先查看默认参数，不要盲信旧配置；
• 根据应用类型（存储、计算、低延迟、高吞吐）选择合适堆大小及GC器；
• 通过-XX:+PrintCommandLineFlags、PrintFlagsFinal、-Xlog或旧日志参数查看生效配置；
• 合理配置元空间、CodeCache、直接内存等，防止本地内存耗尽；
• 配置GC日志和OOM自动Dump，便于问题排查；
• CMS已废弃，迁移至G1或更现代GC；
• 深入调优需结合GC日志分析工具进行，调整分代比例、停顿目标、并发线程数等；
• 在生产环境中小幅、渐进式调整，观察效果。

[1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Java_version_history?utm_source=chatgpt.com "Java version history"
[2]: https://www.preemptive.com/blog/the-road-to-java-9/?utm_source=chatgpt.com "The Road to Java 9 - PreEmptive Solutions"
[3]: https://openjdk.org/jeps/363?utm_source=chatgpt.com "JEP 363: Remove the Concurrent Mark Sweep (CMS) Garbage ..."
[4]: https://www.oracle.com/java/technologies/javase/14-relnote-issues.html?utm_source=chatgpt.com "JDK 14 Release Notes - java - Oracle"
[5]: https://docs.oracle.com/en/java/java-components/enterprise-performance-pack/epp-user-guide/printing-jvm-information.html?utm_source=chatgpt.com "3 Printing JVM Information - Java - Oracle Help Center"
[6]: https://foojay.io/today/introduction-to-jvm-unified-logging-jep-158-jep-271/?utm_source=chatgpt.com "Introduction to JVM Unified Logging (JEP-158 / JEP-271) - Foojay.io"
[7]: https://blog.gceasy.io/cms-gc-algorithm-removed-from-java-14/?utm_source=chatgpt.com "CMS GC algorithm removed from Java 14?"