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來源 |? urlify.cn/mqMVvu
76套java從入門到精通實(shí)戰(zhàn)課程分享
1、JVM調(diào)優(yōu)目標(biāo)：
使用較小的內(nèi)存占用來獲得較高的吞吐量或者較低的延遲。
程序在上線前的測試或運(yùn)行中有時會出現(xiàn)一些大大小小的JVM問題，比如cpu load過高、請求延遲、tps降低等，甚至出現(xiàn)內(nèi)存泄漏（每次垃圾收集使用的時間越來越長，垃圾收集頻率越來越高，每次垃圾收集清理掉的垃圾數(shù)據(jù)越來越少）、內(nèi)存溢出導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，因此需要對JVM進(jìn)行調(diào)優(yōu)，使得程序在正常運(yùn)行的前提下，獲得更高的用戶體驗(yàn)和運(yùn)行效率。
這里有幾個比較重要的指標(biāo)：
當(dāng)然，和CAP原則一樣，同時滿足一個程序內(nèi)存占用小、延遲低、高吞吐量是不可能的，程序的目標(biāo)不同，調(diào)優(yōu)時所考慮的方向也不同，在調(diào)優(yōu)之前，必須要結(jié)合實(shí)際場景，有明確的的優(yōu)化目標(biāo)，找到性能瓶頸，對瓶頸有針對性的優(yōu)化，最后進(jìn)行測試，通過各種監(jiān)控工具確認(rèn)調(diào)優(yōu)后的結(jié)果是否符合目標(biāo)。
2、JVM調(diào)優(yōu)工具
（1）調(diào)優(yōu)可以依賴、參考的數(shù)據(jù)有系統(tǒng)運(yùn)行日志、堆棧錯誤信息、gc日志、線程快照、堆轉(zhuǎn)儲快照等。
①系統(tǒng)運(yùn)行日志：系統(tǒng)運(yùn)行日志就是在程序代碼中打印出的日志，描述了代碼級別的系統(tǒng)運(yùn)行軌跡（執(zhí)行的方法、入?yún)?、返回值等），一般系統(tǒng)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)運(yùn)行日志是首先要查看的日志。
②堆棧錯誤信息：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，可以根據(jù)堆棧信息初步定位問題所在，比如根據(jù)“java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space”可以判斷是堆內(nèi)存溢出；根據(jù)“java.lang.StackOverflowError”可以判斷是棧溢出；根據(jù)“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”可以判斷是方法區(qū)溢出等。
③GC日志：程序啟動時用 -XX:+PrintGCDetails 和 -Xloggc:/data/jvm/gc.log 可以在程序運(yùn)行時把gc的詳細(xì)過程記錄下來，或者直接配置“-verbose:gc”參數(shù)把gc日志打印到控制臺，通過記錄的gc日志可以分析每塊內(nèi)存區(qū)域gc的頻率、時間等，從而發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行有針對性的優(yōu)化。?
比如如下一段GC日志：
2018-08-02T14:39:11.560-0800:?10.171:?[GC?[PSYoungGen:?30128K->4091K(30208K)]?51092K->50790K(98816K),?0.0140970?secs]?[Times:?user=0.02?sys=0.03,?real=0.01?secs]?
2018-08-02T14:39:11.574-0800:?10.185:?[Full?GC?[PSYoungGen:?4091K->0K(30208K)]?[ParOldGen:?46698K->50669K(68608K)]?50790K->50669K(98816K)?[PSPermGen:?2635K->2634K(21504K)],?0.0160030?secs]?[Times:?user=0.03?sys=0.00,?real=0.02?secs]?
2018-08-02T14:39:14.045-0800:?12.656:?[GC?[PSYoungGen:?14097K->4064K(30208K)]?64766K->64536K(98816K),?0.0117690?secs]?[Times:?user=0.02?sys=0.01,?real=0.01?secs]?
2018-08-02T14:39:14.057-0800:?12.668:?[Full?GC?[PSYoungGen:?4064K->0K(30208K)]?[ParOldGen:?60471K->401K(68608K)]?64536K->401K(98816K)?[PSPermGen:?2634K->2634K(21504K)],?0.0102020?secs]?[Times:?user=0.01?sys=0.00,?real=0.01?secs]
上面一共是4條GC日志，來看第一行日志，“2018-08-02T14:39:11.560-0800”是精確到了毫秒級別的UTC 通用標(biāo)準(zhǔn)時間格式，配置了“-XX:+PrintGCDateStamps”這個參數(shù)可以跟隨gc日志打印出這種時間戳，“10.171”是從JVM啟動到發(fā)生gc經(jīng)過的秒數(shù)。第一行日志正文開頭的“[GC”說明這次GC沒有發(fā)生Stop-The-World（用戶線程停頓），第二行日志正文開頭的“[Full GC”說明這次GC發(fā)生了Stop-The-World，所以說，[GC和[Full GC跟新生代和老年代沒關(guān)系，和垃圾收集器的類型有關(guān)系，如果直接調(diào)用System.gc()，將顯示[Full GC(System)。接下來的“[PSYoungGen”、“[ParOldGen”表示GC發(fā)生的區(qū)域，具體顯示什么名字也跟垃圾收集器有關(guān)，比如這里的“[PSYoungGen”表示Parallel Scavenge收集器，“[ParOldGen”表示Serial Old收集器，此外，Serial收集器顯示“[DefNew”，ParNew收集器顯示“[ParNew”等。再往后的“30128K->4091K(30208K)”表示進(jìn)行了這次gc后，該區(qū)域的內(nèi)存使用空間由30128K減小到4091K，總內(nèi)存大小為30208K。每個區(qū)域gc描述后面的“51092K->50790K(98816K), 0.0140970 secs”進(jìn)行了這次垃圾收集后，整個堆內(nèi)存的內(nèi)存使用空間由51092K減小到50790K，整個堆內(nèi)存總空間為98816K，gc耗時0.0140970秒。
④線程快照：顧名思義，根據(jù)線程快照可以看到線程在某一時刻的狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)中可能存在請求超時、死循環(huán)、死鎖等情況是，可以根據(jù)線程快照來進(jìn)一步確定問題。通過執(zhí)行虛擬機(jī)自帶的“jstack pid”命令，可以dump出當(dāng)前進(jìn)程中線程的快照信息，更詳細(xì)的使用和分析網(wǎng)上有很多例，這篇文章寫到這里已經(jīng)很長了就不過多敘述了，貼一篇博客供參考：http://www.cnblogs.com/kongzhongqijing/articles/3630264.html
⑤堆轉(zhuǎn)儲快照：程序啟動時可以使用 “-XX:+HeapDumpOnOutOfMemory” 和 “-XX:HeapDumpPath=/data/jvm/dumpfile.hprof”，當(dāng)程序發(fā)生內(nèi)存溢出時，把當(dāng)時的內(nèi)存快照以文件形式進(jìn)行轉(zhuǎn)儲（也可以直接用jmap命令轉(zhuǎn)儲程序運(yùn)行時任意時刻的內(nèi)存快照），事后對當(dāng)時的內(nèi)存使用情況進(jìn)行分析。
（2）JVM調(diào)優(yōu)工具
①用 jps（JVM process Status）可以查看虛擬機(jī)啟動的所有進(jìn)程、執(zhí)行主類的全名、JVM啟動參數(shù)，比如當(dāng)執(zhí)行了JPSTest類中的main方法后（main方法持續(xù)執(zhí)行），執(zhí)行 jps -l可看到下面的JPSTest類的pid為31354，加上-v參數(shù)還可以看到JVM啟動參數(shù)。
3265?
32914?sun.tools.jps.Jps
31353?org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
31354?com.danny.test.code.jvm.JPSTest
380
?②用jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）監(jiān)視虛擬機(jī)信息?
jstat -gc pid 500 10 ：每500毫秒打印一次Java堆狀況（各個區(qū)的容量、使用容量、gc時間等信息），打印10次
S0C????S1C????S0U????S1U??????EC???????EU????????OC?????????OU???????MC?????MU????CCSC???CCSU???YGC?????YGCT????FGC????FGCT?????GCT???
11264.0?11264.0?11202.7??0.0???11776.0???1154.3???68608.0????36238.7?????-??????-??????-??????-????????14????0.077???7??????0.049????0.126
11264.0?11264.0?11202.7??0.0???11776.0???4037.0???68608.0????36238.7?????-??????-??????-??????-????????14????0.077???7??????0.049????0.126
11264.0?11264.0?11202.7??0.0???11776.0???6604.5???68608.0????36238.7?????-??????-??????-??????-????????14????0.077???7??????0.049????0.126
11264.0?11264.0?11202.7??0.0???11776.0???9487.2???68608.0????36238.7?????-??????-??????-??????-????????14????0.077???7??????0.049????0.126
11264.0?11264.0??0.0????0.0???11776.0???258.1????68608.0????58983.4?????-??????-??????-??????-????????15????0.082???8??????0.059????0.141
11264.0?11264.0??0.0????0.0???11776.0???3076.8???68608.0????58983.4?????-??????-??????-??????-????????15????0.082???8??????0.059????0.141
11264.0?11264.0??0.0????0.0???11776.0????0.0?????68608.0?????390.0??????-??????-??????-??????-????????16????0.084???9??????0.066????0.149
11264.0?11264.0??0.0????0.0???11776.0????0.0?????68608.0?????390.0??????-??????-??????-??????-????????16????0.084???9??????0.066????0.149
11264.0?11264.0??0.0????0.0???11776.0???258.1????68608.0?????390.0??????-??????-??????-??????-????????16????0.084???9??????0.066????0.149
11264.0?11264.0??0.0????0.0???11776.0???3012.8???68608.0?????390.0??????-??????-??????-??????-????????16????0.084???9??????0.066????0.149
jstat還可以以其他角度監(jiān)視各區(qū)內(nèi)存大小、監(jiān)視類裝載信息等，具體可以google jstat的詳細(xì)用法。
③用jmap（Memory Map for Java）查看堆內(nèi)存信息?
執(zhí)行jmap -histo pid可以打印出當(dāng)前堆中所有每個類的實(shí)例數(shù)量和內(nèi)存占用，如下，class name是每個類的類名（[B是byte類型，[C是char類型，[I是int類型），bytes是這個類的所有示例占用內(nèi)存大小，instances是這個類的實(shí)例數(shù)量：
num?????#instances?????????#bytes??class?name
----------------------------------------------
??1:??????????2291???????29274080??[B
??2:?????????15252????????1961040??
??3:?????????15252????????1871400??
??4:?????????18038?????????721520??java.util.TreeMap$Entry
??5:??????????6182?????????530088??[C
??6:?????????11391?????????273384??java.lang.Long
??7:??????????5576?????????267648??java.util.TreeMap
??8:????????????50?????????155872??[I
??9:??????????6124?????????146976??java.lang.String
?10:??????????3330?????????133200??java.util.LinkedHashMap$Entry
?11:??????????5544?????????133056??javax.management.openmbean.CompositeDataSupport
執(zhí)行 jmap -dump 可以轉(zhuǎn)儲堆內(nèi)存快照到指定文件，比如執(zhí)行 jmap -dump:format=b,file=/data/jvm/dumpfile_jmap.hprof 3361 可以把當(dāng)前堆內(nèi)存的快照轉(zhuǎn)儲到dumpfile_jmap.hprof文件中，然后可以對內(nèi)存快照進(jìn)行分析。
④利用jconsole、jvisualvm分析內(nèi)存信息(各個區(qū)如Eden、Survivor、Old等內(nèi)存變化情況)，如果查看的是遠(yuǎn)程服務(wù)器的JVM，程序啟動需要加上如下參數(shù)：
"-Dcom.sun.management.jmxremote=true"?
"-Djava.rmi.server.hostname=12.34.56.78"?
"-Dcom.sun.management.jmxremote.port=18181"?
"-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false"?
"-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false"
下圖是jconsole界面，概覽選項(xiàng)可以觀測堆內(nèi)存使用量、線程數(shù)、類加載數(shù)和CPU占用率；內(nèi)存選項(xiàng)可以查看堆中各個區(qū)域的內(nèi)存使用量和左下角的詳細(xì)描述（內(nèi)存大小、GC情況等）；線程選項(xiàng)可以查看當(dāng)前JVM加載的線程，查看每個線程的堆棧信息，還可以檢測死鎖；VM概要描述了虛擬機(jī)的各種詳細(xì)參數(shù)。（jconsole功能演示）?
下圖是jvisualvm的界面，功能比jconsole略豐富一些，不過大部分功能都需要安裝插件。概述跟jconsole的VM概要差不多，描述的是jvm的詳細(xì)參數(shù)和程序啟動參數(shù)；監(jiān)視展示的和jconsole的概覽界面差不多（CPU、堆/方法區(qū)、類加載、線程）；線程和jconsole的線程界面差不多；抽樣器可以展示當(dāng)前占用內(nèi)存的類的排行榜及其實(shí)例的個數(shù)；Visual GC可以更豐富地展示當(dāng)前各個區(qū)域的內(nèi)存占用大小及歷史信息（下圖）。（jvisualvm功能演示）?
⑤分析堆轉(zhuǎn)儲快照
前面說到配置了 “-XX:+HeapDumpOnOutOfMemory” 參數(shù)可以在程序發(fā)生內(nèi)存溢出時dump出當(dāng)前的內(nèi)存快照，也可以用jmap命令隨時dump出當(dāng)時內(nèi)存狀態(tài)的快照信息，dump的內(nèi)存快照一般是以.hprof為后綴的二進(jìn)制格式文件。?
可以直接用 jhat（JVM Heap Analysis Tool） 命令來分析內(nèi)存快照，它的本質(zhì)實(shí)際上內(nèi)嵌了一個微型的服務(wù)器，可以通過瀏覽器來分析對應(yīng)的內(nèi)存快照，比如執(zhí)行 jhat -port 9810 -J-Xmx4G /data/jvm/dumpfile_jmap.hprof 表示以9810端口啟動 jhat 內(nèi)嵌的服務(wù)器：
Reading?from?/Users/dannyhoo/data/jvm/dumpfile_jmap.hprof...
Dump?file?created?Fri?Aug?03?15:48:27?CST?2018
Snapshot?read,?resolving...
Resolving?276472?objects...
Chasing?references,?expect?55?dots.......................................................
Eliminating?duplicate?references.......................................................
Snapshot?resolved.
Started?HTTP?server?on?port?9810
Server?is?ready.
在控制臺可以看到服務(wù)器啟動了，訪問 http://127.0.0.1:9810/?可以看到對快照中的每個類進(jìn)行分析的結(jié)果（界面略low），下圖是我隨便選擇了一個類的信息，有這個類的父類，加載這個類的類加載器和占用的空間大小，下面還有這個類的每個實(shí)例（References）及其內(nèi)存地址和大小，點(diǎn)進(jìn)去會顯示這個實(shí)例的一些成員變量等信息：?
jvisualvm也可以分析內(nèi)存快照，在jvisualvm菜單的“文件”-“裝入”，選擇堆內(nèi)存快照，快照中的信息就以圖形界面展示出來了，如下，主要可以查看每個類占用的空間、實(shí)例的數(shù)量和實(shí)例的詳情等：?
還有很多分析內(nèi)存快照的第三方工具，比如eclipse mat，它比jvisualvm功能更專業(yè)，出了查看每個類及對應(yīng)實(shí)例占用的空間、數(shù)量，還可以查詢對象之間的調(diào)用鏈，可以查看某個實(shí)例到GC Root之間的鏈，等等?？梢栽趀clipse中安裝mat插件，也可以下載獨(dú)立的版本（http://www.eclipse.org/mat/downloads.php ），我在mac上安裝后運(yùn)行起來老卡死~下面是在windows上的截圖（MAT功能演示）：
（3）JVM調(diào)優(yōu)經(jīng)驗(yàn)
JVM配置方面，一般情況可以先用默認(rèn)配置（基本的一些初始參數(shù)可以保證一般的應(yīng)用跑的比較穩(wěn)定了），在測試中根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況（會話并發(fā)情況、會話時間等），結(jié)合gc日志、內(nèi)存監(jiān)控、使用的垃圾收集器等進(jìn)行合理的調(diào)整，當(dāng)老年代內(nèi)存過小時可能引起頻繁Full GC，當(dāng)內(nèi)存過大時Full GC時間會特別長。
那么JVM的配置比如新生代、老年代應(yīng)該配置多大最合適呢？答案是不一定，調(diào)優(yōu)就是找答案的過程，物理內(nèi)存一定的情況下，新生代設(shè)置越大，老年代就越小，F(xiàn)ull GC頻率就越高，但Full GC時間越短；相反新生代設(shè)置越小，老年代就越大，F(xiàn)ull GC頻率就越低，但每次Full GC消耗的時間越大。建議如下：
-Xms和-Xmx的值設(shè)置成相等，堆大小默認(rèn)為-Xms指定的大小，默認(rèn)空閑堆內(nèi)存小于40%時，JVM會擴(kuò)大堆到-Xmx指定的大小；空閑堆內(nèi)存大于70%時，JVM會減小堆到-Xms指定的大小。如果在Full GC后滿足不了內(nèi)存需求會動態(tài)調(diào)整，這個階段比較耗費(fèi)資源。
新生代盡量設(shè)置大一些，讓對象在新生代多存活一段時間，每次Minor GC 都要盡可能多的收集垃圾對象，防止或延遲對象進(jìn)入老年代的機(jī)會，以減少應(yīng)用程序發(fā)生Full GC的頻率。
老年代如果使用CMS收集器，新生代可以不用太大，因?yàn)镃MS的并行收集速度也很快，收集過程比較耗時的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除階段都可以與用戶線程并發(fā)執(zhí)行。
方法區(qū)大小的設(shè)置，1.6之前的需要考慮系統(tǒng)運(yùn)行時動態(tài)增加的常量、靜態(tài)變量等，1.7只要差不多能裝下啟動時和后期動態(tài)加載的類信息就行。
代碼實(shí)現(xiàn)方面，性能出現(xiàn)問題比如程序等待、內(nèi)存泄漏除了JVM配置可能存在問題，代碼實(shí)現(xiàn)上也有很大關(guān)系：
避免創(chuàng)建過大的對象及數(shù)組：過大的對象或數(shù)組在新生代沒有足夠空間容納時會直接進(jìn)入老年代，如果是短命的大對象，會提前出發(fā)Full GC。
避免同時加載大量數(shù)據(jù)，如一次從數(shù)據(jù)庫中取出大量數(shù)據(jù)，或者一次從Excel中讀取大量記錄，可以分批讀取，用完盡快清空引用。
當(dāng)集合中有對象的引用，這些對象使用完之后要盡快把集合中的引用清空，這些無用對象盡快回收避免進(jìn)入老年代。
可以在合適的場景（如實(shí)現(xiàn)緩存）采用軟引用、弱引用，比如用軟引用來為ObjectA分配實(shí)例：SoftReference objectA=new SoftReference(); 在發(fā)生內(nèi)存溢出前，會將objectA列入回收范圍進(jìn)行二次回收，如果這次回收還沒有足夠內(nèi)存，才會拋出內(nèi)存溢出的異常。?
避免產(chǎn)生死循環(huán)，產(chǎn)生死循環(huán)后，循環(huán)體內(nèi)可能重復(fù)產(chǎn)生大量實(shí)例，導(dǎo)致內(nèi)存空間被迅速占滿。
盡量避免長時間等待外部資源（數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備資源等）的情況，縮小對象的生命周期，避免進(jìn)入老年代，如果不能及時返回結(jié)果可以適當(dāng)采用異步處理的方式等。
（4）JVM問題排查記錄案例
JVM服務(wù)問題排查?https://blog.csdn.net/jacin1/article/details/44837595
次讓人難以忘懷的排查頻繁Full GC過程?http://caogen81.iteye.com/blog/1513345
線上FullGC頻繁的排查?https://blog.csdn.net/wilsonpeng3/article/details/70064336/
【JVM】線上應(yīng)用故障排查?https://www.cnblogs.com/Dhouse/p/7839810.html
一次JVM中FullGC問題排查過程?http://iamzhongyong.iteye.com/blog/1830265
JVM內(nèi)存溢出導(dǎo)致的CPU過高問題排查案例?https://blog.csdn.net/nielinqi520/article/details/78455614
一個java內(nèi)存泄漏的排查案例?https://blog.csdn.net/aasgis6u/article/details/54928744
（5）常用JVM參數(shù)參考：
| 參數(shù) | 說明 | 實(shí)例 |
|---|
| -Xms | 初始堆大小，默認(rèn)物理內(nèi)存的1/64 | -Xms512M |
| -Xmx | 最大堆大小，默認(rèn)物理內(nèi)存的1/4 | -Xms2G |
| -Xmn | 新生代內(nèi)存大小，官方推薦為整個堆的3/8 | -Xmn512M |
| -Xss | 線程堆棧大小，jdk1.5及之后默認(rèn)1M，之前默認(rèn)256k | -Xss512k |
| -XX:NewRatio=n | 設(shè)置新生代和年老代的比值。如:為3，表示年輕代與年老代比值為1：3，年輕代占整個年輕代年老代和的1/4 | -XX:NewRatio=3 |
| -XX:SurvivorRatio=n | 年輕代中Eden區(qū)與兩個Survivor區(qū)的比值。注意Survivor區(qū)有兩個。如:8，表示Eden：Survivor=8:1:1，一個Survivor區(qū)占整個年輕代的1/8 | -XX:SurvivorRatio=8 |
| -XX:PermSize=n | 永久代初始值，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/64 | -XX:PermSize=128M |
| -XX:MaxPermSize=n | 永久代最大值，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/4 | -XX:MaxPermSize=256M |
| -verbose:class | 在控制臺打印類加載信息 |
|
| -verbose:gc | 在控制臺打印垃圾回收日志 |
|
| -XX:+PrintGC | 打印GC日志，內(nèi)容簡單 |
|
| -XX:+PrintGCDetails | 打印GC日志，內(nèi)容詳細(xì) |
|
| -XX:+PrintGCDateStamps | 在GC日志中添加時間戳 |
|
| -Xloggc:filename | 指定gc日志路徑 | -Xloggc:/data/jvm/gc.log |
| -XX:+UseSerialGC | 年輕代設(shè)置串行收集器Serial |
|
| -XX:+UseParallelGC | 年輕代設(shè)置并行收集器Parallel Scavenge |
|
| -XX:ParallelGCThreads=n | 設(shè)置Parallel Scavenge收集時使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。 | -XX:ParallelGCThreads=4 |
| -XX:MaxGCPauseMillis=n | 設(shè)置Parallel Scavenge回收的最大時間(毫秒) | -XX:MaxGCPauseMillis=100 |
| -XX:GCTimeRatio=n | 設(shè)置Parallel Scavenge垃圾回收時間占程序運(yùn)行時間的百分比。公式為1/(1+n) | -XX:GCTimeRatio=19 |
| -XX:+UseParallelOldGC | 設(shè)置老年代為并行收集器ParallelOld收集器 |
|
| -XX:+UseConcMarkSweepGC | 設(shè)置老年代并發(fā)收集器CMS |
|
| -XX:+CMSIncrementalMode | 設(shè)置CMS收集器為增量模式，適用于單CPU情況。 |
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