[Java知识库]JVM性能调优

前言

性能调优难吗？

答： 难，因为性能调优是综合解决方案，主要体现在：（1）代码优劣问题，（2）业务逻辑是否有待优化，（3）架构是否存在性能问题、（4）高并发下数据库是否已实现三高架构，（4）是否合理使用缓存，（5）是否做了限流熔断，（6）是否做了JVM性能调优等很多问题。所有性能调优一般是架构师负责的。本主要讨论JVM性能调优。

jvm调优需要懂那些知识？

jvm调优主要是垃圾回收的调优，所以在调优之前必须知道什么是垃圾？如何判定是垃圾？jvm的内存模型？jvm有那些垃圾回收算法？jvm有那些垃圾回收器？等知识点。

什么是垃圾？

当前创建一个对象用完之后，没有任何地方引用，则这个对象就是垃圾对象。

如何判定是垃圾？

jvm采用引用计数算法（无法解决循环依赖问题）和可达性分析算法来判断某一个对象是否是垃圾（Hostport 采用这种算法），更多细节请阅读《垃圾回收算法》

jvm的内存模型？

jvm将内存分为线程私有和线程共享两大类，其中线程私有分为java虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器它们的生命周期和线程一致，另一部分是java堆，方法区（主要用来存放，一些元数据，常量池，静态常量等固定不变的数据），所以java堆才是我们主要调优的部分。对jvm内存模型不是很了解请阅读《java虚拟机内存模型》。

jvm有那些垃圾回收算法？

目前为止常见的jvm垃圾回收算法有，标记清除算法，标记复制算法，标记整理算法，各种自己的优缺点。更多细节请阅读《垃圾回收算法》

jvm有那些垃圾回收器？

jdk从1.0到现在经过了20几年的发展，研发了很多种垃圾回收器，一个比一个先进也更复杂

找出性能问题

本文主要讲解在linux环境下调优，假设当前系统只运行一个java程序。先确认出现问题的原因，则查看硬件资源，使用top命令查看CPU和内存的使用情况。

• 1、内存已满，需要添加内存，或对项目进行负载均衡
• 2、内存空闲还很多

1. 使用 jps -lmv 查看java进程pid
2. 使用 jmap -heap pid 当前java程序的对内存情况
3. 分析当前是发生什么Minor GC 和 Full GC 次数和时间
   3.1 发生Full GC次数频繁，可能出现原因：（1）出现内存泄漏，（2）Survivor 区域内存太小，当发生YGC时存活对象直接从End区进入老年区，（3）老年代old内存太小。出现（1）时说明有对象没有被回收它的数量会递增使用jmap -histo pid 数量大或占用空间大的对象，然后到程序代码中去看修改代码；出现（2）时将 Survivor 大小比例调大，保证大部分的朝生夕灭的垃圾在年轻代就已回收；出现（3）情况时应该将整个堆大小增大，保证老年代有足够的空间。
   3.2 Minor GC过于频繁时适当调整新生代的大小（由于GC时间和内存大小成反比关系，所以年轻代的大小需要根据自己的业务找到这个平衡点）

• 3 CPU的利用率很高

1. 使用arthas （arthas 是阿里巴巴的一个开源工具）thread -n 10 查看当前程序进程使用CPU最高的前10个线程。
2. 如果这些线程大部分是GC线程说明当前是频繁GC状态，需要根据第二步来适当调整堆内存大小，减少GC的次数。
3. 如果是程序的业务线程，thread -b 查看线程的阻塞情况，最后到代码中确认是当前操作IO型还是计算密集型，该升配置的还是要升

相关命令和参数

jdk自动工具

• jsp 列出正在运行的虚拟机进程
• jstat 监视虚拟机运行状态信息
• jmap 查询对信息和生成堆存储快照
• jstack 生成虚拟机当前时刻的线程快照，帮助定位线程出现长时间停顿的原因 （这个一般用arthas工具替代）

设定堆内存大小

• -Xms：启动JVM时的堆内存空间。
• -Xmx：堆内存最大限制。
• -Xmn：设置年轻代大小整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8
• -XX:PermSize=128M设置持久代大小
• -XX:MaxPermSize=128M设置持久代最大值，此值可以设置与-XX:PermSize相同，防止持久代内存伸缩，持久代设置很重要，一般预留其使用空间的1/3.

设定新生代大小

• -XX:NewRatio：新生代和老年代的占比。
• -XX:NewSize：新生代空间。
• -XX:SurvivorRatio：伊甸园空间和幸存者空间的占比。
• -XX:MaxTenuringThreshold：对象进入老年代的年龄阈值。

设定垃圾回收器

• -XX:+UseSerialGC 开启串行收集器
• -XX:+UseParallelGC 开启年轻代并行收集器，JDK5.0以上，JVM会根据系统配置自行设置，所以无需再设置此值
• -XX:+UseParallelOldGC开启老年代并行收集器
• -XX:+UseConcMarkSweepGC开启老年代并发收集器(简称CMS)，可以和UseParallelGC一起使用
• -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70老年代内存使用比例到多少激活CMS收集器，这个数值的设置有很大技巧基本上满足(Xmx-Xmn)*(100-CMSInitiatingOccupancyFraction)/100>=Xmn否则会出现“Concurrent Mode Failure”，promotionfailed，官方建议数值为68
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩

其他常用参数

• -Xss： 设置每个线程的堆栈大小，设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右，这个参数对性能的影响比较大的
• -XX:MaxTenuringThreshold=0：设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入年老代。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论，linux64的java6默认值是15
• -XX:ParallelGCThreads=设置并行垃圾回收的线程数。此值可以设置与机器处理器数量相等（逻辑cpu数），这个不确定是物理、还是逻辑使用默认就好
• -XX:MaxGCPauseMillis=指定垃圾回收时的最长暂停时间，单位毫秒，如果指定了此值的话，堆大小和垃圾回收相关参数会进行调整以达到指定值，设定此值可能会减少应用的吞吐量
• -XX:GCTimeRatio=设定吞吐量为垃圾回收时间与非垃圾回收时间的比值，公式为1/（1+N）。例如，-XX:GCTimeRatio=19时，表示5%的时间用于垃圾回收。默认情况为99，即1%的时间用于垃圾回收
• -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：设置此选项后，并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例，以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等，此值建议使用并行收集器时，一直打开
• -XX:+DisableExplicitGC：禁止 java 程序中的 full gc, 如System.gc() 的调用. 最好加上， 防止程序在代码里误用了对性能造成冲击
• -XX:+PrintGCDetails 打应垃圾收集的情况
• -XX:+PrintGCTimeStamps 打应垃圾收集的情况
• -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime：打印每次垃圾回收前，程序未中断的执行时间。可与上面混合使用
• -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打应垃圾收集时 , 系统的停顿时间
• -XX:+PrintGC 打印GC情况
• -XX:PrintHeapAtGC:打印GC前后的详细堆栈信息

总结

性能调优是一门很需要技术的工作，同一个程序不同环境调优方式也有可能不同，所以性能调优不仅要知道原理还需要和丰富的经验相结合