如何诊断和优化频繁Full GC导致的系统卡顿问题？

题目

如何诊断和优化频繁Full GC导致的系统卡顿问题？

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

GC原理分析,JVM参数调优,内存泄漏诊断,性能监控工具

快速回答

解决频繁Full GC问题的核心步骤：

1. 使用jstat -gcutil确认Full GC频率和内存回收效果
2. 通过-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError获取堆转储文件
3. 用MAT/Eclipse Memory Analyzer分析对象引用链，定位内存泄漏
4. 调整JVM参数：
   • 增大堆空间：-Xmx4g -Xms4g
   • 优化老年代回收：-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75
5. 代码修复：及时释放资源，避免静态集合累积数据

问题场景

某线上服务每10分钟发生一次Full GC，每次持续3秒导致请求超时。监控显示老年代占用始终高于90%。

原理说明

Full GC频繁通常由以下原因导致：

• 内存泄漏：对象被意外引用导致无法回收
• 堆空间不足：新生代存活对象过多，过早晋升老年代
• GC策略不当：CMS默认触发阈值(92%)过高

诊断步骤

1. 监控GC状态

jstat -gcutil <pid> 1000 5

S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT
0.00  99.80  78.45  99.20  95.18  92.86   3200   64.512   142   186.324

关键指标：
• O(老年代)持续>99%
• FGC(Full GC次数)快速增长

2. 获取堆转储

# 启动时添加参数
java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/dump.hprof ...

3. 分析内存泄漏（MAT示例）

发现static ConcurrentHashMap累积了百万条缓存条目未释放。

代码优化示例

// 修复前：静态Map累积数据
public class CacheManager {
    private static Map<String, Object> cache = new ConcurrentHashMap<>();

    public void add(String key, Object value) {
        cache.put(key, value); // 无清理机制
    }
}

// 修复后：添加LRU淘汰策略
public class FixedCache {
    private static Map<String, Object> cache = new LinkedHashMap<>(1000, 0.75f, true) {
        @Override
        protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
            return size() > 1000; // 限制最大条目
        }
    };
}

JVM参数调优

# 调整后参数
java -Xmx4g -Xms4g \
     -XX:NewRatio=3 \
     -XX:+UseConcMarkSweepGC \
     -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly \
     -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 \
     -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent

参数说明：
• NewRatio=3：新生代:老年代=1:3
• CMSInitiatingOccupancyFraction=75：老年代75%时触发CMS
• 避免使用System.gc()触发Stop-The-World

最佳实践

• 监控常态化：部署Prometheus+Grafana监控GC指标
• 压测验证：使用JMeter模拟流量观察GC行为
• 分代调优：
  • 年轻代：调整-XX:SurvivorRatio避免过早晋升
  • 大对象：-XX:PretenureSizeThreshold直接进老年代

常见错误

1. 盲目增大-Xmx导致GC停顿时间更长
2. 在容器环境未设置-XX:MaxRAMPercentage导致超出内存限制
3. 误用-XX:+DisableExplicitGC影响NIO堆外内存回收

扩展知识

• G1 GC适用场景：堆>6G且要求稳定低延迟时，替换CMS/ZGC
• 元空间溢出：监控Metaspace使用，设置-XX:MaxMetaspaceSize
• 工具进阶：
  • 飞行记录：jcmd <pid> JFR.start duration=60s filename=gc.jfr
  • 线程分析：jstack <pid> > thread_dump.txt