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Java学习篇之JVM 调优
- 一、JVM 是什么？
- 二、JVM 官方参数建议
- 三、JVM调优的场景
- 四、如何监控JVM
- 五、JVM调优的流程步骤
- 1. 明确优化目标
- 2. 监控和分析
- 3. 确定调优参数
- 4. 实施调优策略
- 5. 持续观察和调整
- 6. 定期评估和优化
一、JVM 是什么？
JVM，全称Java Virtual Machine（Java虚拟机），是一个能够运行Java字节码的抽象计算机。
JVM是Java跨平台特性的核心。Java源代码在编译成字节码后，可以在任何支持Java的平台上运行，只要该平台安装了相应的JVM。这是因为JVM将Java字节码转换成特定平台上的机器码来执行，从而实现了“一次编写，到处运行”的跨平台特性。
二、JVM 官方参数建议
JVM 经过这么多年的发展和验证，整体是非常健壮的。个人认为99%的情况下，基本用不到 JVM 调优。
通常来说，我们的 JVM 参数配置大多还是会遵循 JVM 官方的建议，例如：
1. 堆内存设置
| 参数 | 描述 | 官方建议/说明 |
|---|---|---|
| -Xms | 设置JVM的初始堆大小 | 默认为物理内存（运行内存）的1/64；对于高并发应用，建议与-Xmx相同 |
| -Xmx | 设置JVM的最大堆大小 | 默认为物理内存（运行内存）的1/4 |
| -Xmn | 设置年轻代的初始和最大大小 | 默认为整个堆的3/8；或使用-XX:NewSize/-XX:MaxNewSize分别设置 |
2. 年轻代与老年代比例
| 参数 | 描述 | 官方建议/说明 |
|---|---|---|
| -XX:NewRatio | 设置年轻代与老年代的比例 | 默认值为2（即老年代是年轻代的2倍） |
| -XX:SurvivorRatio | 设置Eden区与一个Survivor区的大小比例 | 默认值为8，表示Eden区与Survivor区的比例为8:1 |
3. 线程堆栈设置
| 参数 | 描述 | 官方建议/说明 |
|---|---|---|
| -Xss | 设置每个线程的堆栈大小 | JDK5.0后默认1MB；小型应用可能128KB足够，大型应用建议256KB |
4. 非堆内存设置
| 参数 | 描述 | 官方建议/说明 |
|---|---|---|
| -XX:PermSize | 设置持久代的初始大小（JDK8已弃用） | JDK8前用于控制方法区内存大小 |
| -XX:MaxPermSize | 设置持久代的最大大小（JDK8已弃用） | JDK8前用于控制方法区内存大小 |
| -XX:MetaspaceSize | 设置元空间的初始大小（JDK8及以后） | 替代了PermSize，用于存放类的元数据 |
| -XX:MaxMetaspaceSize | 设置元空间的最大大小（JDK8及以后） | 替代了MaxPermSize |
5. 垃圾收集器设置
| 参数 | 描述 | 官方建议/说明 |
|---|---|---|
| -XX:+UseSerialGC | 使用串行垃圾收集器 | 默认GC方式，适用于小型应用和单处理器环境 |
| -XX:+UseParNewGC | 在年轻代中使用并行线程进行垃圾收集 | 可以与CMS GC一起使用 |
| -XX:+UseParallelGC | 在年轻代中使用并行垃圾收集器 | 适用于多处理器系统 |
| -XX:+UseParallelOldGC | 在老年代中使用并行垃圾收集器 | 与-XX:+UseParallelGC一起使用 |
| -XX:+UseConcMarkSweepGC | 使用CMS垃圾收集器 | 在GC运行时对应用程序影响较小 |
6. 辅助信息设置
| 参数 | 描述 | 官方建议/说明 |
|---|---|---|
| -XX:+PrintGCDetails | 打印垃圾收集的详细情况 | 用于调试和性能分析 |
| -Xloggc:filename | 将GC日志信息记录到指定文件 | 便于分析和监控JVM的垃圾回收行为 |
7. 其他重要参数
| 参数 | 描述 | 官方建议/说明 |
|---|---|---|
| -XX:MinHeapFreeRatio | 设置GC事件后允许的最小可用堆空间百分比 | 控制JVM何时扩展堆大小 |
| -XX:MaxHeapFreeRatio | 设置GC事件后允许的最大可用堆空间百分比 | 控制JVM何时收缩堆大小 |
| -XX:MaxDirectMemorySize | 设置Direct ByteBuffer分配的堆外内存的最大大小 | 当达到此大小时，将触发Full GC |
请注意，这些建议是基于Oracle JDK的通用指南，并且可能会随着JVM版本的更新而有所变化。
在实际应用中，可能还需要根据具体的应用场景、硬件环境和性能需求进行进一步的调整和优化。
同时，也需要注意参数的兼容性和稳定性问题。
三、JVM调优的场景
主要就是出现以下情况时，就需要注意对JVM进行调优了
- 当应用程序运行缓慢或出现卡顿，或是偶尔响应慢
- 应用程序频繁出现内存溢出（OutOfMemoryError）或内存泄漏等问题，
四、如何监控JVM
JVM监控工具分为JDK自带工具和第三方工具两大类。
- JDK自带工具（常用的）：jconsole、visualvm
- 第三方工具（常用的）：JProfiler、YourKit
JDK自带工具常用命令：
- jstack pid: 打印堆栈相关执行信息，可以用于死锁发现。
- jinfo pid: 打印进程的启动详细参数、JVM正在使用的参数。
- jstat -gc pid: 打印各个分代的内存使用情况。可以每个一段时间打印一次。
- visualvm: windows图形化界面，不常用。上线之前内测可以使用。
- jmap: 如果内存特别大，jmap会导致线程的停止，所以线上不能使用。
线上时不能dump下来文件，因为文件可能很大（堆内存占了多少文件就有多大），dump时java程序会暂停，线上不能dump。
jmap -histo pid | head -n 20 :查找有多少对象产生,及对象占用的内存，对象的名称。可用于内存泄露导致的OOM。
五、JVM调优的流程步骤
JVM调优流程步骤可以归纳为以下几点：
1. 明确优化目标
在开始调优之前，首先需要明确优化的目标。这包括响应时间、吞吐量、内存使用率等指标。明确目标后，可以更有针对性地进行调优。
2. 监控和分析
- 使用监控工具：利用Java VisualVM、JConsole、JProfiler等监控工具，分析CPU使用率、内存使用情况和垃圾回收频率等指标。
JDK自带工具常用命令：
- jstack pid: 打印堆栈相关执行信息，可以用于死锁发现。
- jinfo pid: 打印进程的启动详细参数、JVM正在使用的参数。
- jstat -gc pid: 打印各个分代的内存使用情况。可以每个一段时间打印一次。
- jvisualvm: windows图形化界面，不常用。上线之前内测可以使用。
- jmap: 如果内存特别大，jmap会导致线程的停止，所以线上不能使用。
线上时不能dump下来文件，因为文件可能很大（堆内存占了多少文件就有多大），dump时java程序会暂停，线上不能dump。
jmap -histo pid | head -n 20 :查找有多少对象产生,及对象占用的内存，对象的名称。可用于内存泄露导致的OOM。
- 分析GC日志：通过GC日志，了解垃圾回收的频率、停顿时间以及内存使用情况，帮助定位性能瓶颈。
例如：
-Xloggc:/path/to/gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps这些选项将GC日志记录到指定的文件（/path/to/gc.log），并打印详细的GC信息和时间戳。
然后，我们可以分析GC日志以了解垃圾回收的频率、停顿时间和内存使用情况。例如，我们可以查>找Full GC的发生频率和每次Full GC的停顿时间。
3. 确定调优参数
根据监控和分析的结果，确定需要调整的JVM参数。常见的JVM参数包括：
- 堆内存设置：通过-Xms和-Xmx设置初始和最大堆内存大小。
例如：
-Xms512m -Xmx512m这将初始堆内存设置为512m，最大堆内存设置为512m。两者最好一致
- 垃圾收集器选择：选择合适的垃圾收集器，如G1、CMS等，以优化内存管理。
例如：
选择G1垃圾收集器：以优化内存管理和减少停顿时间。-XX:+UseG1GC调整G1垃圾收集器的参数：以进一步优化性能。
-XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=35这将G1垃圾收集器的目标停顿时间设置为200毫秒，并将触发并发GC的堆占用百分比设置为35%。
- 线程栈大小：通过-Xss设置每个线程的堆栈大小，以减少线程上下文切换的开销。
4. 实施调优策略
- 调整JVM参数：根据确定的调优参数，调整JVM的启动参数。
例如：如果我们在Linux系统上使用java命令启动应用程序，我们可以这样设置：
java -Xms512m -Xmx512m -Xloggc:/path/to/gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=35 -jar myapp.jar
- 优化代码：减少不必要的对象创建、使用高效的数据结构、避免过度的同步等，都可以显著提升应用的性能。
5. 持续观察和调整
- 持续监控：在调整参数和优化代码后，使用监控工具持续观察应用的性能变化。
- 对比性能指标：通过对比调优前后的性能指标，确认是否达到了预期的优化目标。
- 重新评估和调整：如果没有达到目标，可能需要重新评估调优策略，进行进一步的调整。
6. 定期评估和优化
性能调优是一个持续的过程。随着应用的演变和用户负载的变化，可能需要定期重新评估和调整JVM参数。定期的性能测试和监控可以帮助及时发现潜在问题，确保系统的稳定性和高效性。
参考文章
【1】面试官：如何进行 JVM 调优（附真实案例）
【2】【JVM】JVM 实战调优指南赋案例（保姆篇）
【3】JVM调优实例记录
【4】【Java】JVM调优操作手册（实战篇）
【5】JVM性能优化实战手册：从监控到调优策略