深入浅出JVM调优

曾经终败给现在 2023-10-06 18:06 55阅读 0赞

### 深入浅出JVM调优 ###

**基本概念：**

**JVM把内存区分为堆区(heap)、栈区(stack)和方法区(method)。由于本文主要讲解JVM调优，因此我们可以简单的理解为，JVM中的堆区中存放的是实际的对象，是需要被GC的。其他的都无需GC。**当系统出现异常后，可以根据堆栈信息初步定位问题所在，比如根据“java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space”可以判断是堆内存溢出；根据“java.lang.StackOverflowError”可以判断是栈溢出；根据“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”可以判断是方法区溢出等。

GC日志：程序启动时用 -XX:+PrintGCDetails 和 -Xloggc:/data/jvm/gc.log 可以在程序运行时把gc的详细过程记录下来

下图文JVM的内存模型

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从图中我们可以看到，

1、JVM实质上分为三大块，年轻代(YoungGen)，年老代(Old Memory)，及持久代(Perm，在Java8中被取消，我们不做深入介绍)。

2、垃圾回收GC，分为2种，一是Minor GC，可以可以称为YGC，即年轻代GC，当Eden区，还有一种称为Major GC，又称为FullGC。

3、GC原理：

我们可以看到年轻代包括Eden区(对象刚被new出来的时候，放到该区)，S0和S1，是幸存者1区和幸存者2区，从名字可以看出，是当发生YGC，没有被任何其他对象所引用的对象将会从内存中被清除，还被其他对象引用的则放到幸存者区。当发生多次YGC，在S0、S1区多次没有被清楚的对象，则会被移到老年代区域。当老年代区域被占满的时候，则会发送FullGC。

无论是YGC或是FullGC，都会导致stop-the-world，即整个程序停止一些事务的处理，只有GC进程允许以进行垃圾回收，因此如果垃圾回收时间较长，部分web或socket程序，当终端连接的时候会报connetTimeOut或readTimeOut异常，

4、从JVM调优的角度来看，我们应该尽量避免发生YGC或FullGC，或者使得YGC和FullGC的时间足够的短。

JMV调优的准备工作。

1)、配置jstatd的远程RMI服务（当我们要看远程服务器上JAVA程序的GC情况的时候，需要执行此步骤），允许JVM工具查看JVM使用情况。

将如下的代码存为文件 jstatd.all.policy，放到JAVA\_HOME/bin中，其内容如下：不知道JAVA\_HOME目录的，可以执行 which java查看。

grant codebase "file:$\{java.home\}/../lib/tools.jar" \{  
permission java.security.AllPermission;

\};

执行命令jstatd -J-Djava.security.policy=jstatd.all.policy -J-Djava.rmi.server.hostname=10.27.20.38 &

(10.27.20.38为你服务器的ip地址,&表示用守护线程的方式运行)

2)、执行C:\\glassfish4\\jdk7\\bin\\jvisualvm.exe 打开JVM控制台。

工具--插件--中找到Visual GC插件进行安装.

3)、对要执行java程序进行调优，以 c1000k.jar为例，在该jar包所在目录下建立一个start.sh文件，文件内容如下。

java -server -Xms4G -Xmx4G -Xmn2G -XX:SurvivorRatio=1 -XX:+UseConcMarkSweepGC -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=1100 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -jar c1000k.jar&

通过这样的配置，使用JVM控制台即可查看JVM(CPU/内存)及垃圾回收的情况。

4)、控制台配置

打开\\jvisualvm.exe，远程---添加远程主机---输入远程IP----添加JMX连接  
![aHR0cDovL3AzLnBzdGF0cC5jb20vbGFyZ2UvcGdjLWltYWdlL2VmN2ZhMzI1ZTcxNzRmZTRiZWI0ODk2MDRhY2U2YzQ4][]

5)、下面开始正式的JVM调优。

5.1 JVM调优核心为调整年轻代、年老大的内存空间大小及使用GC发生器的类型等。回到上文的start.sh文件内容，我们来分下：

这台机器是一个4G内存的机器，因此：

\-Xms4G 是指： JVM启动时整个堆(包括年轻代，年老代)的初始化大小。

\-Xmx4G 是指： JVM启动时整个堆的最大值。

\-Xmn2G是指：年轻代的空间大小，剩下的是年老代的空间。

\-XX:SurvivorRatio=1是指：年轻代空间中2个Survivor空间与Eden空间的大小比例。此处为1:1:1，算法如下：比如整个年轻代空间为2G，如果比例为1，那么2/3，则S0/S1/Eden的空间大小是同样的，为666M。

该值不设置，则JDK默认为比例为8，那么是1:1:8，通过上面的算法可以得出S0/S1的大小。我们可以看到官方通过增大Eden区的大小，来减少YGC发生的次数，但有时我们发现，虽然次数减少了，但Eden区满

的时候，由于占用的空间较大，导致释放缓慢，此时stop-the-world的时间较长，因此需要按照程序情况去调优。

\-XX:+UseConcMarkSweepGC是指：使用GC的回收类型。这里是CMS类型，JDK1.7以后推荐使用+UseG1GC，被称为G1类型(或Garbage First)的回收器。

5.2当我们设定好start.sh的参数值后，执行./start.sh此时就启动了。

我们可以通过jvisualvm.exe中的Visual GC插件查看GC的图形，我们也可以再服务器上执行：jstat -gc 15016 1000，看到每1秒钟java进程号为15016的GC回收情况。

\[root@yxdevapp04 c1000k\]\# jstat -gc 15016 1000

S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU PC PU YGC YGCT FGC FGCT GCT

699008.0 699008.0 29980.4 0.0 699136.0 116881.6 2097152.0 660769.4 21248.0 20071.0 354 54.272 0 0.000 54.272

699008.0 699008.0 29980.4 0.0 699136.0 118344.8 2097152.0 660769.4 21248.0 20071.0 354 54.272 0 0.000 54.272

699008.0 699008.0 29980.4 0.0 699136.0 119895.5 2097152.0 660769.4 21248.0 20071.0 354 54.272 0 0.000 54.272

699008.0 699008.0 29980.4 0.0 699136.0 121383.1 2097152.0 660769.4 21248.0 20071.0 354 54.272 0 0.000 54.272

解释如下：

S0C 是指：Survivor0区的分配空间

S0U 是指：Survivor1区的已经使用的空间

EC是指:Eden区所使用的空间

EU是指：Eden区当前使用的空间

OC是指：老年代分配的空间

OU是指：老年代当前使用的空间

PC是指：持久待分配的空间

PU是指：持久待当前使用的空间

YGC是指：年轻代发生的次数，这里是354次

YGCT是指：年轻代发送的总时长，这里是54.272秒，因此每次年轻代发生GC，即平均每次stop-the-world的时长为54.272/354=0.153秒。

FGC是指：年老代回收的次数，或者成为FullGC的次数。

FGCT是指：年老代发生回收的总时长。

GCT是指：包括年轻代YGC及年老代FGC的总时间长。

通常结合图形或数据，我们可以看到当EU即将等于EC的时候，此时发生YGC，因此YGC次数+1，YGCT时间增加。

经过实际的调优测试我们发现，当发生YGC的时候，如果S0U或S1U区如果有任意一个区域为0的时候，此时YGC的速度很快，相反如果S0U或者S1U中都有数据，或相对满的时候，此时YGC的时间边长，这就是因为S0/S1及Eden区的比例问题导致的。

5.3经过一定时间的调优，我们基本上可以使得YGC的次数非常少，时间非常快，很长时间，数天都不会发生FGC，此时JVM的调优算是一个好的结果。

5.4 在MAC电脑上可以通过jconsole调出图形化分析工具。  
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版权声明：本文为CSDN博主「Lemon-」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。  
原文链接：https://blog.csdn.net/Javazhoumou/article/details/99298624

### JVM调优经验 ###

JVM配置方面，一般情况可以先用默认配置（基本的一些初始参数可以保证一般的应用跑的比较稳定了），在测试中根据系统运行状况（会话并发情况、会话时间等），结合gc日志、内存监控、使用的垃圾收集器等进行合理的调整，当老年代内存过小时可能引起频繁Full GC，当内存过大时Full GC时间会特别长。

那么JVM的配置比如新生代、老年代应该配置多大最合适呢？答案是不一定，调优就是找答案的过程，物理内存一定的情况下，新生代设置越大，老年代就越小，Full GC频率就越高，但Full GC时间越短；相反新生代设置越小，老年代就越大，Full GC频率就越低，但每次Full GC消耗的时间越大。建议如下：

*  \-Xms和-Xmx的值设置成相等，堆大小默认为-Xms指定的大小，默认空闲堆内存小于40%时，JVM会扩大堆到-Xmx指定的大小；空闲堆内存大于70%时，JVM会减小堆到-Xms指定的大小。如果在Full GC后满足不了内存需求会动态调整，这个阶段比较耗费资源。
 *  新生代尽量设置大一些，让对象在新生代多存活一段时间，每次Minor GC 都要尽可能多的收集垃圾对象，防止或延迟对象进入老年代的机会，以减少应用程序发生Full GC的频率。
 *  老年代如果使用CMS收集器，新生代可以不用太大，因为CMS的并行收集速度也很快，收集过程比较耗时的并发标记和并发清除阶段都可以与用户线程并发执行。
 *  方法区大小的设置，1.6之前的需要考虑系统运行时动态增加的常量、静态变量等，1.7只要差不多能装下启动时和后期动态加载的类信息就行。

代码实现方面，性能出现问题比如程序等待、内存泄漏除了JVM配置可能存在问题，代码实现上也有很大关系：

*  避免创建过大的对象及数组：过大的对象或数组在新生代没有足够空间容纳时会直接进入老年代，如果是短命的大对象，会提前出发Full GC。
 *  避免同时加载大量数据，如一次从数据库中取出大量数据，或者一次从Excel中读取大量记录，可以分批读取，用完尽快清空引用。
 *  当集合中有对象的引用，这些对象使用完之后要尽快把集合中的引用清空，这些无用对象尽快回收避免进入老年代。
 *  可以在合适的场景（如实现缓存）采用软引用、弱引用，比如用软引用来为ObjectA分配实例：SoftReference objectA=new SoftReference(); 在发生内存溢出前，会将objectA列入回收范围进行二次回收，如果这次回收还没有足够内存，才会抛出内存溢出的异常。  
    避免产生死循环，产生死循环后，循环体内可能重复产生大量实例，导致内存空间被迅速占满。
 *  尽量避免长时间等待外部资源（数据库、网络、设备资源等）的情况，缩小对象的生命周期，避免进入老年代，如果不能及时返回结果可以适当采用异步处理的方式等。

（4）JVM问题排查记录案例

JVM服务问题排查 https://blog.csdn.net/jacin1/article/details/44837595

次让人难以忘怀的排查频繁Full GC过程 http://caogen81.iteye.com/blog/1513345

线上FullGC频繁的排查 https://blog.csdn.net/wilsonpeng3/article/details/70064336/

【JVM】线上应用故障排查 https://www.cnblogs.com/Dhouse/p/7839810.html

一次JVM中FullGC问题排查过程 http://iamzhongyong.iteye.com/blog/1830265

JVM内存溢出导致的CPU过高问题排查案例 https://blog.csdn.net/nielinqi520/article/details/78455614

一个java内存泄漏的排查案例 https://blog.csdn.net/aasgis6u/article/details/54928744

（5）常用JVM参数参考：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>说明</th> 
   <th>实例</th> 
  </tr> 
 </tbody> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>-Xms</td> 
   <td>初始堆大小，默认物理内存的1/64</td> 
   <td>-Xms512M</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-Xmx</td> 
   <td>最大堆大小，默认物理内存的1/4</td> 
   <td>-Xms2G</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-Xmn</td> 
   <td>新生代内存大小，官方推荐为整个堆的3/8</td> 
   <td>-Xmn512M</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-Xss</td> 
   <td>线程堆栈大小，jdk1.5及之后默认1M，之前默认256k</td> 
   <td>-Xss512k</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:NewRatio=n</td> 
   <td>设置新生代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4</td> 
   <td>-XX:NewRatio=3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:SurvivorRatio=n</td> 
   <td>年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如:8，表示Eden：Survivor=8:1:1，一个Survivor区占整个年轻代的1/8</td> 
   <td>-XX:SurvivorRatio=8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:PermSize=n</td> 
   <td>永久代初始值，默认为物理内存的1/64</td> 
   <td>-XX:PermSize=128M</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:MaxPermSize=n</td> 
   <td>永久代最大值，默认为物理内存的1/4</td> 
   <td>-XX:MaxPermSize=256M</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-verbose:class</td> 
   <td>在控制台打印类加载信息</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-verbose:gc</td> 
   <td>在控制台打印垃圾回收日志</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+PrintGC</td> 
   <td>打印GC日志，内容简单</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+PrintGCDetails</td> 
   <td>打印GC日志，内容详细</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+PrintGCDateStamps</td> 
   <td>在GC日志中添加时间戳</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-Xloggc:filename</td> 
   <td>指定gc日志路径</td> 
   <td>-Xloggc:/data/jvm/gc.log</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+UseSerialGC</td> 
   <td>年轻代设置串行收集器Serial</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+UseParallelGC</td> 
   <td>年轻代设置并行收集器Parallel Scavenge</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:ParallelGCThreads=n</td> 
   <td>设置Parallel Scavenge收集时使用的CPU数。并行收集线程数。</td> 
   <td>-XX:ParallelGCThreads=4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:MaxGCPauseMillis=n</td> 
   <td>设置Parallel Scavenge回收的最大时间(毫秒)</td> 
   <td>-XX:MaxGCPauseMillis=100</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:GCTimeRatio=n</td> 
   <td>设置Parallel Scavenge垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)</td> 
   <td>-XX:GCTimeRatio=19</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+UseParallelOldGC</td> 
   <td>设置老年代为并行收集器ParallelOld收集器</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+UseConcMarkSweepGC</td> 
   <td>设置老年代并发收集器CMS</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-XX:+CMSIncrementalMode</td> 
   <td>设置CMS收集器为增量模式，适用于单CPU情况。</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[aHR0cDovL3AzLnBzdGF0cC5jb20vbGFyZ2UvcGdjLWltYWdlLzJmNjdmYzQzMWE5NzQ4ODk5OWNiNWNlMzQ4ZjNjMzA5]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3AzLnBzdGF0cC5jb20vbGFyZ2UvcGdjLWltYWdlLzJmNjdmYzQzMWE5NzQ4ODk5OWNiNWNlMzQ4ZjNjMzA5
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