JVM调优

JVM调优

基础及分析

为什么要JVM调优？

保证服务的稳定

复杂和高并发下的服务，必须保证每次gc不会出现性能下降，各种性能指标不会出现波动，gc回收规律而且干净，找到合适的jvm设置

JVM调优目标：使用较小的内存占用来获得较高的吞吐量或者较低的延迟。

调优指标

内存占用：程序正常运行需要的内存大小。

延迟：由于垃圾收集而引起的程序停顿时间。

吞吐量：用户程序运行时间占用户程序和垃圾收集占用总时间的比值。

调优阶段

上线前：根据需求（支撑多少QPS）进行JVM规划和预估调优（几台机器，多大内存，堆内存划分）

上线初期：根据日志优化JVM运行环境（解决慢、卡顿问题）

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JVM运行参数

标准参数，-开头

通过 java -help 命令查看

常用命令

-version 输出版本

-showversion 输出产品版本并继续

-D<name>=<value> 设定参数例如 java -Dstr=123 TestJVM

-server  JVM类型 

服务器上JVM默认启动server JVM。初始堆空间大，使用的是并行垃圾回收器，启动慢运行快。

-client  JVM类型

初始堆空间小，使用串行的垃圾回收器，启动快，运行相对慢

非标准参数（java -X）

-X开头

通过java -X 命令查看

运行模式

-Xint 解释模式

-Xcomp 编译模式

-Xmixed 混合模式（前两者混合使用，jvm默认使用）

-Xms100m -Xmx100M：最小堆和最大堆

-Xmn2G：年轻代（新生代）

-Xss1m：线程堆栈（栈空间）大小

-XX开头

通过java -XX:+PrintFlagsFinal -version | more 命令查看

常用参数

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintHeapAtGC

打印GC前后的详细堆栈信息

-XX:NewRatio=4

-XX:SurvivorRatio=4

-XX:MaxPermSize=16m

设置持久代大小为16m

-XX:MaxTenuringThreshold=0

-XX:+DisableExplicitGC

禁用手动调用gc

-XX:+UseParallelGC

并行收集器

并行收集参数

-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数.并行收集线程数.

-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间

-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比.公式为1/(1+n)

查看java进程及运行参数

jps -lv 查看进程

jinfo -flags [pid] 查看进程运行参数

JVM内存模型（堆内存）

原图地址：

参考资料1：

参考资料2：

堆Eden区:From区:To区域的比例是8:1:1

jdk1.8的内存模型=年轻代(Eden + 2*Survivor) + 年老代(OldGen)

1.7与1.8最大区别：元数据区取代了永久代;元空间与永久代最大区别：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存

JVM分析工具

jstat 命令查看堆内存

jstat -class pid 类加载统计

Loaded：加载class的数量Bytes：所占用空间大小Unloaded：未加载数量Bytes：未加载占用空间Time：时间

jstat -compiler pid JIT编译统计

Compiled：编译数量。Failed：失败数量Invalid：不可用数量Time：时间FailedType：失败类型FailedMethod：失败的方法

jstat -gc pid 垃圾回收统计

S0C：第一个Survivor区的大小（KB）S1C：第二个Survivor区的大小（KB）S0U：第一个Survivor区的使用大小（KB）S1U：第二个Survivor区的使用大小（KB）EC：Eden区的大小（KB）EU：Eden区的使用大小（KB）OC：Old区大小（KB）OU：Old使用大小（KB）MC：方法区大小（KB）MU：方法区使用大小（KB） CCSC：压缩类空间大小（KB）CCSU：压缩类空间使用大小（KB） YGC：年轻代垃圾回收次数YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间FGC：老年代垃圾回收次数FGCT：老年代垃圾回收消耗时间GCT：垃圾回收消耗总时间

jmap 命令（内存汇总、内存溢出定位分析）

jmap -heap 6219

#查看内存使用情况Heap Configuration: #堆内存配置信息Heap Usage: # 堆内存的使用情况

jmap -histo <pid> | more

#查看内存中对象数量及大小#对象说明 B byte C char D double F float I int J long Z boolean [ 数组，如[I表示int[] [L+类名 其他对象

jhat -port <port> <file>

#通过jhat对dump文件进行分析#示例步骤1：  jhat -port 9999 /tmp/dump.dat步骤2： 打开浏览器进行访问：http://192.168.40.133:9999/

jmap + MAT工具定位分析

介绍：MAT(Memory Analyzer Tool)，基础Eclipse快速、多功能的内存分析工具

MAT网盘下载：

操作：解压->启动MemoryAnalyzer.exe ->导入dump文件

jstack 查看线程执行情况

jstack <pid>

错误截图

线程生命周期（五个阶段）：新建、就绪、运行、阻塞、销毁

VisualJVM工具

作用

启动文件位置：jdk/bin/jvisualvm.exe

远程监控tomcat配置

#在tomcat的bin目录下，修改catalina.sh，添加如下的参数 JAVA_OPTS=\"-Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999 - Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false - Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false\" #这几个参数的意思是： #-Dcom.sun.management.jmxremote ：允许使用JMX远程管理#-Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999 ：JMX远程连接端口 #-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false ：不进行身份认证，任何用户都可以连接 #-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false ：不使用ssl

垃圾回收

垃圾收集算法

引用计数法

介绍

在对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它是，计数器值就+1；当引用失效是，计数器就-1；任何时刻计数器为0的对象就是可回收的

优点

实时性较高，无需等到内存不够的时候，才开始回收，运行时根据对象的计数器是否为0，就可以直接回收。在垃圾回收过程中，应用无需挂起。如果申请内存时，内存不足，则立刻报outofmember 错误。区域性，更新对象的计数器时，只是影响到该对象，不会扫描全部对象。

缺点

每次对象被引用时，都需要去更新计数器，有一点时间开销。浪费CPU资源，即使内存够用，仍然在运行时进行计数器的统计。无法解决循环引用问题。（最大的缺点）

标记清除法

此算法执行分两个阶段：阶段1从引用根节点开始标记所有被引用的对象；阶段2遍历整个堆，把未标记的对象清除。

解决引用计数法循环引用的问题

a. 会产生碎片；b. 标记、清除需遍历2次，效率低c. GC时，停止应用程序线程，不合适交互性要求高的应用

标记压缩法

基于标记清除法之上优化，解决了碎片化问题。标记阶段相同，清除阶段是将存活对象压缩在内存一端，然后清理边界外垃圾。

解决内存碎片化

相对标记清除法多了一步压缩移动的步骤，性能会有一定影响

复制算法

在垃圾对象多的情况下，效率较高。清理后，内存无碎片

分配的2块内存空间，在同一个时刻，只能使用一半，内存使用率较低

新生代中的可用内存：复制算法用来担保的内存为9：1可用内存中Eden：S1区为8：1即新生代中Eden:S1:S2 = 8：1：1

分代算法

根据回收对象的特点进行选择上述算法

新生代

一个Eden区、两个Survival区（From Survival、To Survival） (8:1:1)

大多说情况下对象在Eden区中分配，当Eden区没有足够的空间时，发起一次Minor GC

内存分配回收策略

大对象直接进入老年代

为了降低大对象分配内存时造成的内存复制的开销

长期存活的对象进入老年代

对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就增加1岁

动态对象年龄判断

Minor GC之后，如果检测到可能长期存活的对象，则让其尽早进入老年代

老年代空间分配担保机制

Minor GC之前做风险判断，是否允许担保失败，如不允许则改为Full GC

老年代

标记清除/标记压缩

Major GC

整个Java堆

方法区/永久代/元空间

对永久代的回收主要包括废弃的常量和无用的类

永久代和元空间的区别在于永久代位于JVM的方法区中，元空间并不在虚拟机内存中，而是本地内存

Full GC

垃圾收集器

分代模型

Serial

简单高效，单线程，收集时暂停其他所有线程（触发STW）

ParNew

Serial的多线程版本，是首选新生代收集器，可配合CMS

Parallel Scavenge

以吞吐量为优先的多线程收集器，不支持CMS

Serial Old

Serial的老年代版本，可以作为CMS的后备预案

Parallel Old

Parallel Scavenge的老年代版本，多线程，吞吐量优先

CMS

并发收集、低停顿

适用于当今互联网网站或基于浏览器的B/S系统的服务器上，这类应用通常都较关注服务的响应速度，尽量缩短系统的停顿时间，给用户更好的交互体验

流程

初始标记：标记GC Roots能直接关联到的对象，速度很快，STW

并发标记：从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图，耗时长

重新标记：修正并发标记期间可能造成的改动，相比初始标记STW略长

并发清除：清除标记阶段已经死亡的对象，此阶段和用户线程并发工作

对CPU敏感，并发阶段虽然不会导致用户线程停顿，但却由于占用资源导致应用程序变慢，降低总吞吐量

由于CMS在清理时与用户线程并发，运行期间还伴随有新垃圾产生，有可能触发担保机制而产生较大停顿

基于标记清除算法，造成大量的空间碎片，导致没有足够的连续空间存放大对象，不得不提前触发Full GC

组合使用

Parallel Scavenge + Parallel Old （JDK1.8默认）

分区模型

G1垃圾收集器(后期还需补充)

#启动参数-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+PrintGCDetails -Xmx256m

G1中提供了三种模式垃圾回收模式，在不同的条件下被触发。

Young GC

触发条件：Eden空间耗尽时会被触发。回收区域：对Eden区进行GC。

Remembered Set（已记忆集合）

作用是跟踪指向某个堆内的对象引用。

Mixed GC

触发条件：由参数 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n 决定。默认：45%。该参数的意思是：当老年代大小占整个堆大小百分比达到该阀值时触发。回收区域：年轻代+部分老年代。

GC步骤

1. 全局并发标记（global concurrent marking）

2. 拷贝存活对象（evacuation）

Full GC

回收区域：针对全量堆内存

G1优化建议

年轻代大小

避免使用 -Xmn 选项或 -XX:NewRatio 等其他相关选项显式设置年轻代大小。

固定年轻代的大小会覆盖暂停时间目标。

暂停时间目标不要太过严苛

G1 GC 的吞吐量目标是 90% 的应用程序时间和 10%的垃圾回收时间

其他收集器

Epsilon

PGC、C4、OpenJ9

查看JVM使用的垃圾收集器

jmap -heap <PID>

java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep :

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

垃圾收集日志

日志级别从低到高

Trace、Debug、Info、Warning、Error、Off ；默认为Info

命令

查看GC基本信息

-XX:printGC

-Xlog:gc  JDK1.9之后使用

查看GC详细信息

-Xlog:gc*  JDK1.9之后使用

查看GC前后 堆和方法区 可用容量变化

-Xlog:gc+heap=debug

查看GC过程中用户线程并发时间及停顿的时间

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime

-Xlog:safepoint

查看熬过收集器后剩余对象的年龄分布信息

-XX:+PrintTenuring-Distribution

-Xlog:gc_age=trace

#示例：-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -Xmx256m -XX:+PrintGCDetails - XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC - Xloggc:F://test//gc.log

GC Easy 可视化工具

GC Ease

其它优化

Tomcat8的优化

看懂Java底层字节码

编码的优化建议