JVM 性能调优，分享些好用的内存分析神器

矫情吗；* 2024-03-25 10:34 62阅读 0赞

对于高并发访问量的电商、物联网、金融、社交等系统来说，JVM 内存优化是非常有必要的，可以提高系统的吞吐量和性能。通常调优的首选方式是减少 FGC 次数或者 FGC 时间，以避免系统过多地暂停。FGC 达到理想值后，比如一天或者两天触发一次 FGC。FCT 时间优化为 100～300 毫秒后，再减少 YoungGC 次数或者 YoungGC 时间，YoungGC 仍然会消耗 CPU 资源，优化 YoungGC 调用次数和消耗的 CPU 资源，可以提高系统的吞吐量。

优化 GC 前，必须获取 GC 的实际使用情况，最好的方式是通过 GC Log 收集垃圾回收日志，通过一些可视化工具查看垃圾回收分析数据，比如 GCEasy。持续优化和对比优化前后的 GC Log，能确认吞吐量和性能是否得到提升。

下面看看几个常用的内存分析命令和工具

### jstat 命令 ###

JDK 自带的 jstat 命令用于查看虚拟机垃圾回收的情况，如下命令使用 gcutil 参数输出堆内存使用情况统计：

`jstat –gcutil -h 20 pid 1000 100`

此命令显示进程为 pid 的内存使用汇总，1000 毫秒输出一次，总共输出 100 行。-h 20 表示每 20 行输出一次表头。`-gcutil`表示显示 JVM 内存使用汇总统计：

列表显示了虚拟机各个代的使用情况，描述了堆内存的使用占比和垃圾回收次数，以及占用时间，具体含义如下：

*  S0，第一个幸存区使用比值。
 *  S1，第二个幸存区的使用率。
 *  E，伊甸园区的使用比值。
 *  O，老年代。
 *  M，方法区、元空间使用率。
 *  CCS，压缩使用比值。
 *  YGC，年轻代垃圾回收次数。
 *  YGCT，年轻带垃圾回收占用时间。
 *  **FGC，全局垃圾回收次数，这对性能影响至关重要。**
 *  FGCT，全局垃圾回收的消耗时间。
 *  GCT，总的垃圾回收时间。

可以看到 S0、S1、E 变化频率高，说明程序在频繁创建生命周期短的对象，FGC 为 0，表示还未做过全局垃圾回收。如果 FGC 变化频率很高，则说明系统性能和吞吐量将下降，或者可能出现内存溢出。

其他查看汇总信息的常用选项如下：

*  \-gc，类似 gcutil，gcutil 以百分比形式显示内存的使用情况，gc 显示的是内存占用的字节数，以 KB 的形式输出堆内存的使用情况。
 *  `-gccause`，类似 gcutil，额外输出 GC 的原因。

### jmap 命令 ###

jmap 命令用于保存虚拟机内存镜像到文件中，然后可以使用 JVisualVM 或者 MAT 工具进行进一步分析。命令如下：

jmap -dump:format=b,file=filename.hprof pid

需要注意，实际系统会有 2GB 到 8GB 内存，此命令会导致虚拟机暂停工作 1～3 秒。还有一种是被动获取方式，当虚拟机出现内存溢出的时候，会主动“dump”内存文件。添加虚拟机启动参数：

`-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof`

当虚拟机判断达到内存溢出触发条件的时候，会有如下输出并保存镜像文件：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceDumping heap to heapdump.hprof ...

当获得镜像文件后，打开 JvisualVM 工具，选择菜单“File”，点击装入，选择我们保存过的 dump 文件，这时面板会打开内存镜像文件。打开较大的内存镜像文件需要较长的时间，需要耐心等候，其他工具，如 MAT，或者商业的 YourKit Java Profiler 打开镜像文件更快，分析功能更强大。

### GCeasy ###

GCeasy 是一个分析 GC 日志文件的在线网站，能根据上传的 GC 日志，以图表形式显示 GC 回收过程和统计数据。下图显示的是 GC 性能的统计情况，如吞吐量显示为 99.935%，说明只有少量 CPU 资源用于垃圾回收。最长的 GC 时间是 20 毫秒，属于正常范围。在测试 JVM 参数调整是否能增加吞吐量，减小垃圾回收占用的 CPU 时，可以使用这个统计功能。

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下图统计了 GC 总的时间和回收的字节数，也显示了 Full GC 的统计情况。

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### JMC ###

Java Mission Control 简称 JMC，是 JDK 自带的工具，是一个高性能的对象监视、管理、产生时间分析和诊断的工具套件，笔者主要用来追踪热点代码与热点线程，是主要的内存优化调优工具。

类似 JVisualVM，通过 JMX 连接进入 JMC 控制台。

通过连接到远程 JVM 进程后，可以执行飞行记录（FlightRecord），选择飞行记录存放的路径与执行时间即可，如下图所示。需要注意的是，执行飞行记录功能时会对当前 JVM 进程有一定的性能影响（大约为 5%～10%），所以建议 JMC 连接隔离环境中的服务器并执行飞行记录功能。

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通过一段时间的记录，飞行记录可以反映线程的繁忙程度，以及 CPU 的热点方法。

使用热点方法可以直接找到最耗时的几个方法，对热点方法重点优化就可以使 CPU 的使用率下降一大截。

飞行记录还可以反映内存增长的热点方法，以及显示单位时间内创建的最多对象的方法。下图为找到的内存对象中创建的最多的`char[]`的方法，一个是 Fastjson，另一个是 Kryo。

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小结：通过 JMC 的热点方法的统计结果可以有针对性地进行优化，笔者通过对线上系统进行优化使得 CPU 使用率下降了 40%、内存 GC 频率下降了 100%以上。

### MAT ###

MAT 是`Memory Analyzer`的简称，它是一款功能强大的 Java 堆内存分析器，可以分析具有数亿个对象的内存镜像，快速计算对象大小，自动找到嫌疑的泄漏对象并形成内存泄漏报告。MAT 是基于 Eclipse 开发的，是一款免费的内存镜像分析工具，是笔者发现内存泄漏原因的主要工具。

通过`File-Open Heap Dump`可以打开内存镜像文件，显示内容如下图所示。

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它提供了`Leak Suspects` 报告，输出有可能发生内存泄漏的对象。

### OQL ###

OQL 语句类似 SQL 语句，可以在 VisualVM、MAT 等大多数内存镜像分析工具中执行，完成对象查找任务。

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