Java学习篇之JVM 调优

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

1. 当应用程序运行缓慢或出现卡顿，或是偶尔响应慢
2. 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

1. 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。

2. 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：

1. 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

2. 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%。

3. 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

1. 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

3. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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