就软件而言，大小很重要。很明显，与大单体方法相比，在微服务架构中使用小块可以带来更多优势。 Jigsaw 的最新 Java 版本有助于分解遗留应用程序或从头构建新的云原生应用程序。
这种方法减少了磁盘空间、构建时间和启动时间。但是，它对 RAM 使用管理没有足够的帮助。众所周知，Java 在很多情况下都会消耗大量的内存。与此同时，许多人没有注意到 Java 在内存使用方面变得更加灵活，并提供了满足微服务要求的功能。在本文中，我们将分享我们的经验，如何调整 Java 进程中的 RAM 使用以使其更具弹性并获得更快扩展和更低总拥有成本 (TCO) 的好处。
有三种缩放选项：垂直、水平和两者的组合。为了最大化结果，首先您需要以最佳方式设置垂直缩放。然后，当你的项目横向增长时，单个容器内预配置的资源消耗将被复制到每个实例中，效率将成比例增长。
如果配置得当，垂直扩展对微服务和整体应用都非常有效，可以根据容器内的当前负载优化内存和 CPU 使用率。选择的垃圾收集器是主要的基础砖之一，其设置可以影响整个项目。
OpenJDK 有五种广泛使用的垃圾收集器解决方案：
- G1
- 并行
- ConcMarkSweep（内容管理系统）
- 连续剧
- 谢南多厄
让我们看看它们在缩放方面的表现如何，以及可以应用哪些设置来改善结果。
为了进行测试，我们将使用有助于跟踪 JVM 垂直缩放结果的示例 Java 应用程序： https://github.com/jelastic/java-vertical-scaling-test
每次 GC 测试都会启动以下 JVM 启动选项：
java -XX:+Use[gc_name]GC -Xmx2g -Xms32m -jar app.jar [sleep]
在哪里：
- [gc_name] 将替换为特定的垃圾收集器类型
- Xms 是一个缩放步骤（在我们的例子中是 32 MB）
- Xmx 是最大缩放限制（在我们的例子中为 2 GB）
- [sleep] 是内存加载周期之间的间隔，以毫秒为单位，默认为 10
目前，需要调用 Full GC 才能正确释放未使用的资源。它可以通过各种选项轻松启动：
jcmd <pid> GC.run– 执行外部调用System.gc()– 在源代码里面jvisualvm– 通过出色的 VisualVM 故障排除工具手动操作-javaagent:agent.jar– 可插入的常用方法。 Github 存储库 Java Memory Agent 提供了开源自动化插件。
可以在输出日志中跟踪内存使用情况，或使用 VisualVM 进行更深入的审查。
G1 垃圾收集器
对于 Java 生态系统来说，好消息是从 JDK 9 开始，默认启用现代收缩 G1 垃圾收集器。如果您使用较低版本的 JDK，可以使用 -XX:+UseG1GC 参数启用 G1。
G1 的主要优势之一是能够压缩可用内存空间，而无需长时间暂停和取消提交未使用的堆。我们发现此 GC 是垂直扩展在 OpenJDK 或 HotSpot JDK 上运行的 Java 应用程序的最佳选择。
为了更好地了解 JVM 在不同内存压力水平下的行为，我们将运行三种情况：1) 快速，2) 中等，以及 3) 缓慢的内存使用增长。通过这种方式，我们可以检查 G1 ergonomic 的智能程度以及 GC 如何处理不同的内存使用动态。
快速内存使用增长
java -XX:+UseG1GC -Xmx2g -Xms32m -jar app.jar 0
内存在 25 秒内从 32 MiB 增长到 1 GiB。
G1 快速内存使用增长
如果内存使用量增长非常快，JVM 人体工程学会忽略 Xms 缩放步骤，并根据其内部自适应优化算法更快地保留 RAM。因此，相对于快速的实际使用量（蓝色）增长，我们看到 JVM（橙色）的 RAM 分配要快得多。因此，使用 G1 我们是安全的，即使在负载峰值的情况下也是如此。
中等内存使用增长
java -XX:+UseG1GC -Xmx2g -Xms32m -jar app.jar 10
在 4 个周期内，内存在 90 秒内从 32 MiB 增长到 1 GiB。
有时 JVM 人体工学需要几个周期才能找到最佳的 RAM 分配算法。
G1 中等内存使用增长
正如我们所见，JVM 在第 4th 周期调整了符合人体工程学的 RAM 分配，使垂直扩展对于可重复周期非常有效
内存使用增长缓慢
java -XX:+UseG1GC -Xmx2g -Xms32m -jar app.jar 100
内存从 32 MiB 增长到 1 GiB，增量时间增长大约 300 秒。非常灵活和高效的资源扩展，满足我们的期望——令人印象深刻。
G1 内存使用增长缓慢
正如您所看到的，橙色区域（保留 RAM）随着蓝色区域（实际使用）的增长而缓慢增加。因此不会过度使用或不必要地保留内存。
重要：激进的堆或垂直扩展
用于提高 Java 应用程序性能的流行 JVM 配置通常会阻碍有效垂直扩展的能力。因此，您需要在对您的应用程序最重要的属性的优先级之间进行选择。
许多广泛使用的设置之一是激活 Aggressive Heap 以尝试最大限度地利用堆的物理内存。让我们分析一下使用此配置时会发生什么。
java -XX:+UseG1GC -Xmx2g -Xms2g
或者
java -XX:+UseG1GC -Xmx2g -XX:+AggressiveHeap
G1 激进堆
正如我们所见，保留堆（橙色）是恒定的，不会随时间变化，因此容器中的 JVM 没有垂直扩展。即使您的应用程序只使用了可用 RAM 的一小部分（蓝色），其余部分也无法与其他进程或其他容器共享，因为它已完全分配给 JVM。
因此，如果您想垂直扩展您的应用程序，请确保未启用积极堆（参数应为 -XX:-AggressiveHeap），也不要将 -Xms 定义为 -Xmx（例如，不要声明 -Xmx2g -Xms2g）。
并行垃圾收集器
Parallel 是一种高吞吐量的 GC，在 JDK8 中默认使用。同时，它不适合内存收缩，不适合灵活的垂直缩放。为了确认这一点，让我们用我们的示例应用程序运行一个测试：
java -XX:+UseParallelGC -Xmx2g -Xms32m -jar app.jar 10
并行垃圾收集器
正如我们所见，未使用的 RAM 不会释放回操作系统。具有并行 GC 的 JVM 会永远保留它，甚至忽略显式的 Full GC 调用。
因此，如果您想根据应用程序负载从垂直扩展中获益，请将并行更改为 JDK 中可用的收缩 GC。它会将所有活动对象打包在一起，删除垃圾对象，取消提交并将未使用的内存释放回操作系统。
Serial 和 ConcMarkSweep 垃圾收集器
Serial 和 ConcMarkSweep 也在缩小垃圾收集器，并且可以垂直扩展 JVM 中的内存使用。但与 G1 相比，它们需要 4 个 Full GC 周期来释放所有未使用的资源。
让我们看看这两个垃圾收集器的测试结果：
java -XX:+UseSerialGC -Xmx2g -Xms32m -jar app.jar 10
串行垃圾收集器
java -XX:+UseConcMarkSweepGC -Xmx2g -Xms32m -jar app.jar 10
ConcMarkSweep 垃圾收集器
从 JDK9 开始，可以使用新的 JVM 选项 -XX:-ShrinkHeapInSteps 加速内存释放，该选项会在第一个 Full GC 周期后立即关闭已提交的 RAM。
Shenandoah 垃圾收集器
Shenandoah 是垃圾收集器中一颗冉冉升起的新星，已经被认为是 JVM 垂直扩展的最佳未来解决方案。
与其他方法相比，主要区别在于无需调用 Full GC 即可异步收缩（取消提交并将未使用的 RAM 释放给操作系统）的能力。 Shenandoah 几乎可以在检测到空闲内存后立即压缩活动对象、清理垃圾并将 RAM 释放回操作系统。并且省略 Full GC 的可能性导致消除相关的性能下降。
让我们看看它在实践中是如何工作的：
java -XX:+UseShenandoahGC -Xmx2g -Xms32m -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:ShenandoahUncommitDelay=1000 -XX:ShenandoahGuaranteedGCInterval=10000 -jar app.jar 10
这里我们添加了一些在 Shenandoah 中可用的额外参数：
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions– 需要启用下面列出的取消提交选项-XX:ShenandoahUncommitDelay=1000——垃圾收集器将开始取消提交未使用时间超过此时间（以毫秒为单位）的内存。请注意，当应用程序想要取回内存时，将延迟设置得太低可能会导致分配停顿。在实际部署中，建议将延迟设置为大于 1 秒-XX:ShenandoahGuaranteedGCInterval=10000 -这保证了 GC 周期在规定的时间间隔内（以毫秒为单位）
Shenandoah 垃圾收集器
Shenandoah 非常有弹性，只分配必要的资源。它还会压缩已使用的 RAM（蓝色）并将未使用的保留 RAM（橙色）动态释放回操作系统，而无需昂贵的 Full GC 调用。请注意此 GC 是实验性的，因此您对稳定性的反馈将对其创建者有所帮助。
总结
Java 不断完善并适应不断变化的需求。因此，目前它的 RAM 胃口不再是传统应用程序的微服务和云托管的问题，因为已经有合适的工具和方法来适当地扩展它、清理垃圾并释放所需进程的资源。通过巧妙配置，Java 可以对所有范围的项目都具有成本效益——从云原生初创公司到遗留企业应用程序。
标签2： Java教程地址：https://www.cundage.com/article/jcg-minimize-java-memory-usage-right-garbage-collector.html
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