java jvm性能 jvm性能调优实战

目录

• 1，性能优化的步骤
• 2，常用命令工具

• 1，jps：查看 Java 进程
• 2，jstat：查看 JVM 统计信息
• 3，jinfo：查看修改 JVM 配置参数
• 4，jmap：导出内存映像文件
• 5，jhat：分析堆转储文件
• 6，jstack：查看线程快照
• 7，jcmd：多功能命令行

• 3，图形化分析工具
• 4，JVM 运行时参数

• 1，JVM 参数选项的类型
• 2，打印及设置 JVM 参数
• 3，设置堆、栈、方法区等大小
• 4，内存溢出相关参数
• 5，垃圾收集器相关参数
• 6，GC 日志相关参数
• 7，其它参数

• 5，GC 日志分析

1，性能优化的步骤

性能优化步骤：

• 发现问题-性能监控

• GC 频繁、CPU 负载过高、OOM、内存泄漏、内存负载过高、死锁、程序响应缓慢
• jvisualvm、jconsole 等工具

• 排查问题-性能分析

• 打印 GC 日志，通过 GCviewer 或者 http://gceasy.io 来分析
• 灵活使用 jstack、jmap、jinfo 等工具

• 这些命令的字节码文件都在 C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_211\lib\tools.jar 中

• 使用阿里 arthas、jconsole、jvisualvm 查看 jvm 状态
• 生成堆 dump 文件，使用 MemoryAnalyzer 或 Jprofiler 或 Jconsole 或 JvisualVm 或 jhat 来分析

• 解决问题-性能调优

• 适当增加内存，根据业务背景选择垃圾回收器
• 优化代码，控制内存使用
• 增加机器，分散节点压力
• 合理设置线程池线程数量
• 等。。

内存泄漏的几种情况：

• 静态集合类：如 HashMap、LinkedList 等

• 如果这些容器是静态的，则它们的生命周期与 JVM 程序一致，容器中的对象在程序结束前不能被释放

• 单例模式：单例的生命周期与 JVM 的生命周期一样长
• 各种连接：如数据库连接，网络连接、IO 连接等

• 如果连接没有正常关闭，则造成内存和系统资源浪费

• 变量不合理的作用域

• 下图中的 msg 变量只被 receiveMsg 方法用到，可将其移到方法内部
• 另外字符串及时置 null，也可使字符串及时被回收

2，常用命令工具

1，jps：查看 Java 进程

jps：查看正在运行的 java 进程

• jps：显示进程 id 与类名
• jps -l：显示进程 id 与全类名
• jps -m：显示进程 id 与类名与程序参数
• jps -v：显示 JVM 参数
• jps -q：只显示进程 id
• 如果启动 Java 进程时使用了 -XX:-UserPerfData 参数，那么 jps 将查看不到该进程

2，jstat：查看 JVM 统计信息

jstat：查看 JVM 统计信息，常用于检查垃圾回收与内存泄漏问题

命令格式：jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]] (使用时要注意参数的顺序)

• -option
• -t：输出进程从开始执行到现在的时间（秒）
• -h<lines>：间隔多少行输出一次标头信息（紧挨着，没空格）
• vmid：指定进程 id
• interval：指定输出统计数据的间隔时间，单位毫秒
• count：指定查询的总次数

查看 option 支持的选项：jstat -options

• -class：显示 ClassLoader 的相关信息：类的装载、卸载数量、总空间、类装载所消耗的时间等
• -gc：显示与 GC 相关的堆信息：Eden 区、两个 Survivor 区、老年代、永久代等的容量、已用空间、GC时间合计等信息

• S0C/S1C：幸存者区大小（单位字节）
• S0U/S1U：幸存者区已使用的大小
• EC/EU：Eden区大小 / Eden区已使用的大小
• OC/OU：老年代大小 / 老年代已使用的大小

• 如果老年代的使用比例越来越高，而无法降低，则有可能出现内存泄漏

• MC/MU：方法区大小 / 方法区已使用的大小
• CCSC/CCSU：压缩类空间大小 / 压缩类已使用的大小
• YGC/YGCT：进程从启动到目前的 young gc 的次数/消耗时间（秒）
• FGC/FGCT：进程从启动到目前的 full gc 的次数/消耗时间（秒）
• GCT：进程从启动到目前的 gc 的消耗时间（秒）

• 如果 GCT 时间占程序运行时间的 20%，则说明目前堆的压力较大
• 如果 GCT 时间占程序运行时间的 90%，则随时可能 OOM

• -gccapacity：显示内容与 -gc 基本相同，但输出主要关注 Java 堆各个区域使用到的最大、最小空间
• -gcutil：显示内容与 -gc 基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比
• -gccause：与 -gcutil 功能一样，但会额外输出导致最后一次或当前正在发生的 GC 产生的原因
• -gcnew/-gcold：显示新生代/老年代 GC 状况
• -gcnewcapcity/-gcoldcapacity：与 -gcnew/-gcold 基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间
• -gcmetacapacity：
• -compiler：显示 JIT 编译器编译过的方法、耗时等信息
• -printcompilation：输出已经被 JIT 编译的方法

3，jinfo：查看修改 JVM 配置参数

jinfo：实时查看和修改 JVM 配置参数

并非所有的参数都支持动态修改，只有标记为 manageable 的才能被实时修改

• java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep manageable
• java -XX:+PrintFlagsFinal 查看所有 JVM参数的最终值
• java -XX:+PrintFlagsInitial 查看所有 JVM参数的初始值

jinfo 参数：

• -sysprops：查看系统属性信息
• -flags：查看所有赋过值的参数
• -flag name：查看某个具体的参数的使用用情况
• -flag +/-name：设置虚拟机参数
• -flag name=value：设置虚拟机参数

4，jmap：导出内存映像文件

jmap：导出内存映像文件和内存使用情况

基本语法：jmap [option] <pid>

option 选项：

• -dump:<dump-options>：生成堆转储文件

• dump:live：只保存堆中的活跃对象
• dump:fomat=b
• dump:file=<file_path>

• -heap：输出整个堆空间的详细信息，包括 GC 的使用，对配置信息，以及内存的使用信息等
• -histo[:live]：输出堆中对象的同级信息，包括类、实例数量和合计容量

• -histo:live 只统计堆中的存活对象

• -permstat：以 ClassLoader 为统计口径输出永久代的内存状态信息
• -finalizerinfo：显示在 F-Queue 中等待 Finalizer 线程执行 finalize 方法的对象
• -F：当虚拟机进程对 -dump 选项没有任何响应时，强制生成 dump 文件

导出内存映像文件的两种方式：

• 使用 jmap：

• jmap -dump:format=b,file=<file_name.hprof> <pid>
• jmap -dump:live,format=b,file=<file_name.hprof> <pid> 生成的文件更小，一般情况使用此命令较多

• 在进程发生 OOM 时，自动生成堆 dump 文件

• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=<file_name.hprof>

5，jhat：分析堆转储文件

jhat：堆转储文件分析工具。

• jhat file_name.hprof

jhat 内置了一个 HTTP 服务器，生成分析结果后，用户可以在浏览器中查看分析结果。jhat 会启动一个 http 服务器，端口是 7000，即 http://localhost:7000，用浏览器访问即可。

该命令在 jdk9 及其之后被移除，官方建议使用 jvisualvm 代替 jhat

6，jstack：查看线程快照

jstack：查看 JVM 中线程快照。常用于分析线程长时间卡顿问题，如线程死锁，死循环，请求外部资源导致长时间等待等问题。

需要关注的几种线程状态：

• 死锁：Deadlock（重点关注）
• 等待资源：Waiting on condition（重点关注）
• 等待获取监视器：Waiting on monitor entry（重点关注）
• 阻塞：Blocked（重点关注）
• 执行中：Runnable
• 暂停：Suspended
• 对象等待中：TIMED_WATING / WATING
• 停止：Parked

基本语法：jstack [option] <pid>

• jstack pid ：直接查看线程栈信息
• jstack -F pid ：强制输出线程栈信息
• jstack -l pid ：除堆栈外，显示锁的附加信息
• jstack -m pid ：如果调用到本地方法，显示 C/C++ 堆栈信息

7，jcmd：多功能命令行

jcmd 可以用来实现上面除了 jstat 之外所有的功能，比如：导出堆，内存使用，查看进程，导出线程信息，执行 GC，JVM 运行时间等。

命令示例：

# 查看某个 Java 进程的所有支持的命令替换
jcmd <pid> help
---------------
25801:
The following commands are available:
JFR.stop
JFR.start
JFR.dump
JFR.check
VM.native_memory
VM.check_commercial_features
VM.unlock_commercial_features
ManagementAgent.stop
ManagementAgent.start_local
ManagementAgent.start
VM.classloader_stats
GC.rotate_log
Thread.print					# 打印线程栈
GC.class_stats
GC.class_histogram              # class 直方图
GC.heap_dump					# 导出堆dump文件
GC.finalizer_info
GC.heap_info
GC.run_finalization
GC.run
VM.uptime                       # 显示进程执行的总时间
VM.dynlibs
VM.flags                        # 显示虚拟机参数配置信息
VM.system_properties            # 显示系统属性信息
VM.command_line
VM.version                      # 打印 jdk 版本
help

3，图形化分析工具

JVM 常用图形化分析工具：

• jdk 自带工具

• jconsole：基于 JMX
• jvisualvm
• jmc

• 第三方工具

• MemoryAnalyzer （MAT）：主要用于分析堆 dump 文件
• Jprofiler（商业付费）
• Arthas（阿里出品-命令行工具）
• Btrace

4，JVM 运行时参数

1，JVM 参数选项的类型

JVM 参数选项的类型：

• 标准参数选项：以 - 开头，运行 java -help 可见

• 参数比较稳定，基本不变动

• -X 参数选项（非标准参数）：以 -X 开头，运行 java -X 可见

• 参数变动小
• -Xmixed：JIT 变异模式，混合模式，默认模式
• -Xint：JIT 变异模式，只是用解释器，所有字节码被解释执行，速度较慢
• -Xmx：最大堆内存

• 等价于 -XX:MaxHeapSize
• 单位 g/G，m/M，k/K

• -Xms：初始堆内存，最好与 -Xmx一样，避免扩容带来的损耗

• 等价于 -XX:InitialHeapSize

• -Xss：线程栈大小

• 等价于 -XX:ThreadStackSize

• -XX 参数选项（非标准参数）：以 -XX 开头，运行 -XX:PrintFlagsFinal 显示所有参数

• 实验性，参数变动大
• 布尔类型：

• -XX:+<option>：启用某参数
• -XX:-<option>：禁用某参数

• 非布尔类型：-XX:<name>=<value>

2，打印及设置 JVM 参数

参数	说明
-XX:+PrintCommandLineFlags	打印用户手动设置或JVM自动设置的参数
-XX:+PrintFlagsInitial	打印所有 XX 选项的默认值
-XX:+PrintFlagsFinal	打印 XX 选项的生效值
-XX:+PrintVMOptions	打印 JVM 参数

3，设置堆、栈、方法区等大小

堆是GC 执行垃圾回收的重点区域。在方法结束后，堆中的对象不会马上被回收，而是在垃圾收集的时候才会被回收。

运行时数据区结构图：

JVM 堆空间分配：

• Java 7 及之前：

• 新生代（Young）：Eden、S0（From）、S1（To）
• 老年代（Old）
• 永久区（Perm）

• Java 8 及之后

• 新生代（Young）：IBM研究表明，新生代中的80% 的对象，在经过 GC 之后，都会被回收

• Eden：对象第一次创建时（new）的区域，如果Eden 放不下，则会直接在 Old 区创建
• S0（From）
• S1（To）

• S0 与 S1 谁空谁是 To

• 老年代（Old）
• 元空间（Meta）

堆区中 S1 和 S2 两块区域，同一时刻只会有一块区域使用，另一块是空闲状态。

分代的目的就是为了优化 GC 的性能

对象从新生代到老年代的过程：

• new 的对象先放入 Eden 区
• 当 Eden 区满，再创建对象时，垃圾回收器将对 Eden 区进行垃圾回收（Minor GC）；Eden 区中不再被引用的对象将被销毁，Eden 区中剩余的对象移动到 S0 区。新 new 的对象依然放入 Eden 区
• 再次发生GC 时，S0 中幸存的对象将放入 S1中，
• 再次发生GC 时，S1 中幸存的对象将放入 S0中，如此 S0 与 S1 交替往复
• 当达到一定次数后，对象将被放入 Old 区

• 该次数可通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 设置，默认 15

• 当 Old 区空间不足时，会发生 Major GC，清理 Old 区对象

• Major GC 会比 Minor GC 慢 10 倍以上

• 若发生 Major GC 后，Old 空间依然不足，将发生 OOM 异常

只有当 Eden 区满了才会触发 Minor GC，Minor GC 会将 Eden 区和 From 区一起回收
如果 To 区满（不会触发 GC），会直接将对象放入 Old 区

发生 GC 时，将 Stop The World

使用 jstat 命令可查看堆中各个区域的空间：

jstat -gc pid

堆空间分配：

	区域	大小	比例
新生代	Eden	153600	6
	S0（From）	25600	1
	S1（To）	25600	1
老年代	Old	409600	16

参数	说明
-Xss/-XX:ThreadStackSize	设置线程栈大小
-Xms/-XX:InitialHeapSize	设置JVM初始堆大小，默认是机器内存的 1/64
-Xmx/-XX:MaxHeapSize	设置JVM最大堆大小，默认是机器内存的 1/4，当实际堆使用量大于此值时，将发生 OOM（一般不设置）
-Xmn/-XX:NewSize,-XX:MaxNewSize	设置年轻代初始值/最大值，官方推荐配置为堆大小的3/8 （一般不设置）
-XX:SurvivorRatio	设置年轻代中 Eden区与一个Survior区的比值，默认为 8，8:1:1，实际上真正看内存的话是 6:1:1 （一般不设置）
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy	自动选择各区大小比例，默认开启 （一般不设置）
-XX:NewRatio	设置老年代与年轻代（1个Eden区和2个Survivor区）的比值，默认为 2，2:1 （一般不设置）
-XX:PretenureSizeThreadshould	让大于此值的对象直接分配在老年代，单位字节，只对 Serial、ParNew 收集器有效
-XX:MaxTenuringThreshold	新生代每次MinorGC后，还存活的对象年龄+1，当对象的年龄大于此值时就进入老年代，默认为 15
-XX:+PrintTenuringDistribution	让JVM在每次MinorGC后打印出当前使用的Survivor中对象的年龄分布
-XX:TargeSurvivorRatio	设置MinorGC结束后，Survivor 区域中占用空间的期望比例
-XX:PermSize	设置方法区永久代初始值
-XX:MaxPermSize	设置方法区永久代最大值
-XX:MetaspaceSize	设置方法区元空间初始值
-XX:MaxMetaspaceSize	设置方法区元空间最大值
-XX:+UseCompressedOops	使用压缩对象指针
-XX:+UseCompressedClassPointers	是引用压缩类指针
-XX:CompressedClassSpaceSize	设置Klass Metaspace 的大小，默认 1 G
-XX:MaxDirectMemorySize	指定直接内存容量，默认与堆最大值一样

4，内存溢出相关参数

参数	说明
-XX:+HeapDumpOnOutMemoryError	在内存出现OOM时，生成堆转储文件
-XX:+HeapDumpBeforeFullGC	在出现FullGC时，生成堆转储文件，有几次FullGC，就生成几个文件
-XX:HeapDumpPath	设置堆转储文件路径
-XX:OnOutOfMemoryError	设置一个可执行程序或脚本路径，当发生OOM是，执行它

5，垃圾收集器相关参数

Java 垃圾收集器：

• SerialGC：HotSpot 中 Client模式下的默认新生代垃圾收集器

• 串行收集器，可获得最高的单线程收集效率
• SerialOldGC：HotSpot 中 Client模式下的默认老年代垃圾收集器

• ParNewGC：SerialGC 的并行版本（不重要）
• ParallelGC：并行收集器，主打吞吐量（jdk 8 默认开启）

• ParallelOldGC：老年代 GC

• CMS 收集器：并发收集器，主打低延迟（未来将被丢弃）

• 使用标记清除算法

• G1 收集器：主打低延迟

如何选择垃圾收集器：

• 优先调整堆的大小，让JVM自适应完成
• 如果内存小于 100M，使用串行收集器
• 如果是单核，单机程序，且没有停顿时间的要求，使用串行收集器
• 如果是多核CPU，需要高吞吐量，允许停顿时间超过 1 秒，选择并行或者 JVM 自己选择
• 如果是多核CPU，追求低停顿时间，需快速响应，使用并发收集器，官方推荐 G1，性能高

• 现在互联网的项目，基本都是 G1

ParallelGC 垃圾收集器相关参数：

CMS 垃圾收集器相关参数：

补充参数：

特别说明：

G1 垃圾收集器：

6，GC 日志相关参数

参数	说明
-verbose:gc/-XX:+PrintGC	输出GC日志信息
-XX:+PrintGCDetails	在发生垃圾回收时打印内存回收详细日志，并在进程退出时输出当前内存各区域的分配情况
-XX:+PrintGCTimeStamps	程序启动到GC发生的时间秒数，需配合 PrintGCDetails 使用
-XX:+PrintGCDateStamps	输出GC发生时的时间戳，需配合 PrintGCDetails 使用
-XX:+PrintHeapAtGC	每次GC前和GC后，都打印堆信息
-Xloggc:<file>	将GC日志写入文件中
-XX:TraceClassLoading	监控类的加载
-XX:PrintGCApplicationStoppedTime	打印GC时线程的停顿时间
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime	垃圾收集之前，打印应用未中断的执行时间
-XX:+PrintReferenceGC	记录回收了多少种不同引用类型的引用
-XX:+PrintTenuringDistribution	每次MinorGC后打印出当前使用的Survivor中对象的年龄分布
-XX:+UseGCLogFileRotation	启用GC日志文件的自动转储
-XX:NumberOfGCLogFiles	GC日志文件的循环数目
-XX:GCLogFileSize	控制GC日志文件的大小

7，其它参数

参数	含义
-XX:+DisableExplicitGC	禁用hotspot 执行 System.gc()，默认禁用
-XX:ReservedCodeCacheSize, -XX:InitialCodeCacheSize	指定代码缓存大小
-XX:+UseCodeCacheFlushing	让JVM放弃一些被编译的代码，避免代码缓存被占满时JVM切换到 interpreted-only 的情况
-XX:+DoEscapeAnalysis	开启逃逸分析
-XX:+UseBiasedLocking	开启偏向锁
-XX:+UseLargePages	开启使用大页面
-XX:+PrintTLAB	打印TLAB的使用情况
-XX:TLABSize	设置TLAB大小

5，GC 日志分析

对于 HotSpot VM，它的GC 按照回收区域又分为两大类：

• 部分收集（Partial GC）：非整堆收集，其中又分为：

• 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代（Eden\S0，S1）的垃圾收集

• 当 Eden 区满的时候就会进行新生代收集
• 新生代收集比老年代收集更加简单，快速，频繁

• 老年代收集（Minor GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集

• 目前，只有 CMS GC 会有单独收集老年代的行为
• 进行老年代收集之前会先进行一次年轻代收集，原因如下：
• 一个比较大的对象无法放入新生代，那它自然会往老年代去放，如果老年代也放不下，那会先进行一次新生代收集，
• 之后尝试往新生代放，如果还是放不下，才会进行老年代的垃圾收集，然后往老年代去放

• 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代

• 目前，只有 G1 GC 会有这种行为

• 整堆收集（Full GC）：收集整个 java 堆和方法区

• 堆包含新生代，老年代，元空间/永久代
• 哪些情况会触发Full GC：

• 老年代空间不足
• 方法区空间不足
• 调用 System.gc()
• Minor GC 进入老年代的数据的平均大小大于老年代的可用空间
• 大对象直接进入老年代，而老年代的空间不足