Java进阶（JVM调优）——JVM调优参数 JDK自带工具使用内存溢出和死锁问题案例 GC垃圾回收

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前言

JVM作为Java进阶的知识，是需要Java程序员不断深度和理解的。

本篇博客介绍JVM调优的相关知识，给出了一个demo案例，介绍了JVM调优的主要参数；介绍了jdk自带的jvm分析工具的使用；给出了一个内存溢出的调优场景，逐步分析定位问题，以及发生死锁的分析案例。

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Java进阶（垃圾回收GC）——理论篇：JVM内存模型 & 垃圾回收定位清除算法 & JVM中的垃圾回收器

系列文章合集如下：
【合集】Java进阶——Java深入学习的笔记汇总 & 再论面向对象、数据结构和算法、JVM底层、多线程、类加载 …

前言
引出
JVM优化入门
- 案例demo代码
- JVM调优参数
使用jdk自带的工具分析
- jconsole.exe
- jvisualvm.exe
内存溢出的调优场景
- top命令发现是java
- jps 查看java进程
- jinfo 63205 查看JVM参数配置
- jstat 查看java进程内存分配
- jstack 打印出进程内部栈的调用链信息
- top -p 29046 -H 打印出进程内部线程的CPU占用情况
- jmap -histo 查看进程中的类，以及类的实例个数
发生死锁的调优场景
- 线程的状态
- 使用jstack进行分析
总结

引出

1.JVM调优的相关知识，给出了一个demo案例；
2.JVM调优的主要参数；
3.jdk自带的jvm分析工具的使用；
3.内存溢出的调优场景，逐步分析定位问题；
4.发生死锁的分析案例

JVM优化入门

案例demo代码

https://gitee.com/pet365/java-gc-demo

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内存溢出

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调用链

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JDK1.8默认采用GC回收器为：PS + PO组合

如果我们不切换到G1回收器的情况下，如何进行参数调优！

什么是调优？

根据需求进行JVM规划&预调优
JVM环境卡顿（找到系统瓶颈：压测）
解决JVM运行期间的问题（内存泄漏，内存溢出……）

调优，都必须根据业务场景来调优，不能假设，假设式的调优都是耍流氓！

JVM调优参数

调优参数：java -X & java -XX 开头的这些非标准参数！

主要是java -XX开头的参数，但是没有文档信息介绍

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[root@iZuf61wy7p4tbr7lmwv18iZ ~]# java -X
    -Xmixed           混合模式执行（默认）
    -Xint             仅解释模式执行
    -Xbootclasspath:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      设置引导类和资源的搜索路径
    -Xbootclasspath/a:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      附加在引导类路径末尾
    -Xbootclasspath/p:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      置于引导类路径之前
    -Xdiag            显示附加诊断消息
    -Xnoclassgc        禁用类垃圾收集
    -Xincgc           启用增量垃圾收集
    -Xloggc:<file>    将 GC 状态记录在文件中（带时间戳）
    -Xbatch           禁用后台编译
    -Xms<size>        设置初始 Java 堆大小
    -Xmx<size>        设置最大 Java 堆大小
    -Xss<size>        设置 Java 线程堆栈大小
    -Xprof            输出 cpu 分析数据
    -Xfuture          启用最严格的检查，预计会成为将来的默认值
    -Xrs              减少 Java/VM 对操作系统信号的使用（请参阅文档）
    -Xcheck:jni       对 JNI 函数执行其他检查
    -Xshare:off       不尝试使用共享类数据
    -Xshare:auto      在可能的情况下使用共享类数据（默认）
    -Xshare:on        要求使用共享类数据，否则将失败。
    -XshowSettings    显示所有设置并继续
    -XshowSettings:system
                      （仅限 Linux）显示系统或容器
                      配置并继续
    -XshowSettings:all
                      显示所有设置并继续
    -XshowSettings:vm 显示所有与 vm 相关的设置并继续
    -XshowSettings:properties
                      显示所有属性设置并继续
    -XshowSettings:locale
                      显示所有与区域设置相关的设置并继续

-X 选项是非标准选项。如有更改，恕不另行通知。

-XX参数主要有3种：行为参数，调优参数，调试参数

行为参数(功能开关)
-XX:-DisableExplicitGC 禁止调用System.gc()；但jvm的gc仍然有效
-XX:+MaxFDLimit 最大化文件描述符的数量限制
-XX:+ScavengeBeforeFullGC  新生代GC优先于Full GC执行
-XX:+UseGCOverheadLimit 在抛出OOM之前限制jvm耗费在GC上的时间比例
-XX:-UseConcMarkSweepGC 对老年代采用并发标记交换算法进行GC
-XX:-UseParallelGC 启用并行GC
-XX:-UseParallelOldGC  对Full GC启用并行，当-XX:-UseParallelGC启用时该项自动启用
-XX:-UseSerialGC  启用串行GC
-XX:+UseThreadPriorities  启用本地线程优先级
    
性能调优
-XX:LargePageSizeInBytes=4m 设置用于Java堆的大页面尺寸
-XX:MaxHeapFreeRatio=70 GC后java堆中空闲量占的最大比例
-XX:MaxNewSize=size 新生成对象能占用内存的最大值
-XX:MaxPermSize=64m 老年代对象能占用内存的最大值
-XX:MinHeapFreeRatio=40 GC后java堆中空闲量占的最小比例
-XX:NewRatio=2 新生代内存容量与老生代内存容量的比例
-XX:NewSize=size 新生代对象生成时占用内存的默认值
-XX:ReservedCodeCacheSize=32m  保留代码占用的内存容量
-XX:ThreadStackSize=512 设置线程栈大小，若为0则使用系统默认值
-XX:+UseLargePages 使用大页面内存
    
调试参数
-XX:-CITime 打印消耗在JIT编译的时间
-XX:ErrorFile=./hs_err_pid<pid>.log 保存错误日志或者数据到文件中
-XX:-ExtendedDTraceProbes  开启solaris特有的dtrace探针
-XX:HeapDumpPath=./java_pid<pid>.hprof 指定导出堆信息时的路径或文件名
-XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError 当首次遭遇OOM时导出此时堆中相关信息
-XX:OnError="<cmd args>;<cmd args>" 出现致命ERROR之后运行自定义命令
-XX:OnOutOfMemoryError="<cmd args>;<cmd args>" 当首次遭遇OOM时执行自定义命令
-XX:-PrintClassHistogram  遇到Ctrl-Break后打印类实例的柱状信息，与jmap -histo功能相同
-XX:-PrintConcurrentLocks  遇到Ctrl-Break后打印并发锁的相关信息，与jstack -l功能相同
-XX:-PrintCommandLineFlags 打印在命令行中出现过的标记
-XX:-PrintCompilation  当一个方法被编译时打印相关信息
-XX:-PrintGC  每次GC时打印相关信息
-XX:-PrintGCDetails  每次GC时打印详细信息
-XX:-PrintGCTimeStamps 打印每次GC的时间戳
-XX:-TraceClassLoading 跟踪类的加载信息
-XX:-TraceClassLoadingPreorder 跟踪被引用到的所有类的加载信息
-XX:-TraceClassResolution  跟踪常量池
-XX:-TraceClassUnloading  跟踪类的卸载信息
-XX:-TraceLoaderConstraints 跟踪类加载器约束的相关信息

可以参考：https://blog.csdn.net/geejkse_seff/article/details/124288313

java -jar -XX:+UseG1GC -Xms200m -Xmx200m -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:ParallelGCThreads=8 -XX:G1HeapRegionSize=16m -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:G1NewSizePercent=5 -XX:G1MaxNewSizePercent=40 -XX:TargetSurvivorRatio=50 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps -Xloggc:/gc.log gc-1.0.jar

使用jdk自带的工具分析

通过DOS命令窗口，启动jar包

java -jar -Xms200m -Xmx200M -XX:+PrintGC -XX:-UseParallelGC gc-1.0.jar

jconsole.exe

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选择不安全连接

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查看VM概要，有启动时设置的参数

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查看控制台概览，堆内存不断增加

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年轻代的gc回收

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可以手动GC

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jvisualvm.exe

另外一个工具 jvisualvm.exe

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能够监测到死锁的产生

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生成dump文件查看

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控制台进行各种GC

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垃圾回收

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开始出现Full GC

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此时，jvm只在回收垃圾

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内存溢出的调优场景

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在Linux系统上运行：

java -jar -Xms200m -Xmx200M -XX:+PrintGC -XX:-UseParallelGC ./gc-1.0.jar

top、 jps 、jinfo、jstat 、jmap

另开一个窗口，去使用上述的命令：

内存溢出在实际的生产环境中经常会遇到，比如，不断的将数据写入到一个集合中，出现了死循环，读取超大的文件等等，都可能会造成内存溢出。如果出现了内存溢出，首先我们需要定位到发生内存溢出的环节，并且进行分析，是正常还是非正常情况，如果是正常的需求，就应该考虑加大内存的设置，如果是非正常需求，那么就要对代码进行修改，修复这个bug。首先，我们得先学会如何定位问题，然后再进行分析。

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cpu飙升

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top命令发现是java

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jps 查看java进程

jps

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jinfo 63205 查看JVM参数配置

jinfo 63205 查看参数配置

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[root@192 ~]# jinfo 63205
Attaching to process ID 63205, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.371-b11
Java System Properties:

java.runtime.name = Java(TM) SE Runtime Environment
java.vm.version = 25.371-b11
sun.boot.library.path = /root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/amd64
java.protocol.handler.pkgs = org.springframework.boot.loader
java.vendor.url = http://java.oracle.com/
java.vm.vendor = Oracle Corporation
path.separator = :
file.encoding.pkg = sun.io
java.vm.name = Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM
sun.os.patch.level = unknown
sun.java.launcher = SUN_STANDARD
user.country = CN
user.dir = /usr/local/software/jar/java-gc-demo
java.vm.specification.name = Java Virtual Machine Specification
PID = 63205
java.runtime.version = 1.8.0_371-b11
java.awt.graphicsenv = sun.awt.X11GraphicsEnvironment
os.arch = amd64
java.endorsed.dirs = /root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/endorsed
line.separator = 

java.io.tmpdir = /tmp
java.vm.specification.vendor = Oracle Corporation
os.name = Linux
sun.jnu.encoding = UTF-8
java.library.path = /usr/java/packages/lib/amd64:/usr/lib64:/lib64:/lib:/usr/lib
spring.beaninfo.ignore = true
java.specification.name = Java Platform API Specification
java.class.version = 52.0
sun.management.compiler = HotSpot 64-Bit Tiered Compilers
os.version = 3.10.0-1160.95.1.el7.x86_64
user.home = /root
user.timezone = Asia/Shanghai
catalina.useNaming = false
java.awt.printerjob = sun.print.PSPrinterJob
file.encoding = UTF-8
java.specification.version = 1.8
catalina.home = /tmp/tomcat.10050.2643101067280109420
user.name = root
java.class.path = target/spring-gc-demo-1.0-SNAPSHOT.jar
java.vm.specification.version = 1.8
sun.arch.data.model = 64
sun.java.command = target/spring-gc-demo-1.0-SNAPSHOT.jar
java.home = /root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre
user.language = zh
java.specification.vendor = Oracle Corporation
awt.toolkit = sun.awt.X11.XToolkit
java.vm.info = mixed mode
java.version = 1.8.0_371
java.ext.dirs = /root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/ext:/usr/java/packages/lib/ext
sun.boot.class.path = /root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/resources.jar:/root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/rt.jar:/root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/jsse.jar:/root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/jce.jar:/root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/charsets.jar:/root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/lib/jfr.jar:/root/software/jdk/jdk1.8.0_371/jre/classes
java.awt.headless = true
java.vendor = Oracle Corporation
catalina.base = /tmp/tomcat.10050.2643101067280109420
java.specification.maintenance.version = 4
file.separator = /
java.vendor.url.bug = http://bugreport.sun.com/bugreport/
sun.io.unicode.encoding = UnicodeLittle
sun.cpu.endian = little
sun.cpu.isalist = 

VM Flags:
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=3 -XX:InitialHeapSize=209715200 -XX:MaxHeapSize=209715200 -XX:MaxNewSize=69730304 -XX:MinHeapDeltaBytes=524288 -XX:NewSize=69730304 -XX:OldSize=139984896 -XX:+PrintGC -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps -XX:+UseParallelGC 
Command line:  -Xms200m -Xmx200M -XX:+PrintGC

发现参数 -Xms200m -Xmx200M -XX:+PrintGC似乎并没有不合理的设置

jstat 查看java进程内存分配

jstat -gc 63205

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S0C: 年轻代中第一个survivor(幸存区)的容量(字节)
S1C: 年轻代中第二个survivor(幸存区)的容量（字节）
S0U: 年轻代中第一个survivor(幸存区)目前已使用空间（字节）
S1U: 年轻代中第二个survivor(幸存区)目前已使用空间（字节）
EC: 年轻代中Eden(伊甸园)的容量（字节）
EU: 年轻代中Eden(伊甸园)目前已使用空间（字节）
OC: Old代的容量（字节）
OU: Od代目前已使用空间（字节）
MC: metaspace(元空间)的容量（字节）
MU: metaspace(元空间)目前己使用空间（字节）
YGC：从应用程序启动到采样时年轻代中gC次数
YGCT: 从应用程序启动到采样时年轻代中gC所用时间(S)
FGC：从应用程序启动到采样时old代（全gc) gc次数
FGCT：从应用程序启动到采样时old代（全gc) gc所用时间(s)
GCT：从应用程序启动到采样时gc用的总时间(s)

jstack 打印出进程内部栈的调用链信息

jstack 63205

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top -p 29046 -H 打印出进程内部线程的CPU占用情况

top -p 63205 -H

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jmap -histo 查看进程中的类，以及类的实例个数

jmap -histo 4498 | head -20 #查看前20条信息

 jmap -histo 63205 | head -20

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剩余的工作：去调整你的业务代码，但是jmap的缺陷在于：它在导出内存图的时候，会STW，所以需要少用！

最好在测试环境中去复盘出生产环境的问题；然后在测试机上去使用jmap命令！

 jmap -dump:format=b,file=/root/dump4498.hprof 4498 #将进程中的堆的所有信息快照出来

导出快照仍旧会导致STW问题，会导致所有业务线程卡死！

所以什么时间生成堆文件呢！

java -jar -Xms200m -Xmx200M -XX:+PrintGC -XX:-UseParallelGC -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/root/springbootgc.hprof ./gc-1.0.jar

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError JVM由于内存不足宕机的时候，自动生成

-XX:HeapDumpPath=/root/springbootgc.hprof 堆文件的存储位置

发生死锁的调优场景

有些时候我们需要查看下jvm中的线程执行情况，比如，发现服务器的CPU的负载突然增高了、出现了死锁、死循环等，我们该如何分析呢？由于程序是正常运行的，没有任何的输出，从日志方面也看不出什么问题，所以就需要看下jvm的内部线程的执行情况，然后再进行分析查找出原因。这个时候，就需要借助于jstack命令了，jstack的作用是将正在运行的jvm的线程情况进行快照，并且打印出来：

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线程的状态

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在Java中线程的状态一共被分成6种：

初始态（NEW）：创建一个Thread对象，但还未调用start()启动线程时，线程处于初始态。
运行态（RUNNABLE）：在Java中，运行态包括就绪态和运行态。
- 就绪态：该状态下的线程已经获得执行所需的所有资源，只要CPU分配执行权就能运行，所有就绪态的线程存放在就绪队列中
- 运行态：获得CPU执行权，正在执行的线程，由于一个CPU同一时刻只能执行一条线程，因此每个CPU每个时刻只有一条运行态的线程
阻塞态（BLOCKED）：
- 当一条正在执行的线程请求某一资源失败时，就会进入阻塞态。
- 而在Java中，阻塞态专指请求锁失败时进入的状态。
- 由一个阻塞队列存放所有阻塞态的线程。
- 处于阻塞态的线程会不断请求资源，一旦请求成功，就会进入就绪队列，等待执行。
等待态（WAITING）
- 当前线程中调用wait、join、park函数时，当前线程就会进入等待态。
- 也有一个等待队列存放所有等待态的线程。
- 线程处于等待态表示它需要等待其他线程的指示才能继续运行。
- 进入等待态的线程会释放CPU执行权，并释放资源（如：锁）
超时等待态（TIMED_WAITING）
- 当运行中的线程调用sleep(time)、wait、join、parkNanos、parkUntil时，就会进入该状态；
- 它和等待态一样，并不是因为请求不到资源，而是主动进入，并且进入后需要其他线程唤醒；
- 进入该状态后释放CPU执行权和占有的资源。
- 与等待态的区别：到了超时时间后自动进入阻塞队列，开始竞争锁。
终止态（TERMINATED）
线程执行结束后的状态