Linux系统——JVM调优

一、GC如何调优

1.JVM调优的时机

2.JVM调优目标

3.JVM调优步骤

4.选择合适的垃圾回收器

5.调整内存大小

6.设置符合预期的停顿时间

7.调整内存区域大小比率

8.调整对象升老年代的年龄

9.调整大对象的标准

10.调整GC的触发时机

11.调整 JVM本地内存大小

二、JVM常用命令

1.JPS（JVM Process Status Tool）

2.jstat（JVM statistics Monitoring）

3.jmap（JVM Memory Map）

4.jhat（JVM Heap Analysis Tool）

5.jstack

JVM调优不是常规手段，性能问题，一般第一选择是优化程序，最后的选择才是进行JVM调优

JVM调优的核心点是选择和取舍，即：根据系统情况明确调优目标。

VM的调优目标是：最短暂停时间和最大吞吐量。

但是，在内存占用率恒定的情况下，这两个目标是不可兼得的。

最短暂停时间：因为 GC 会 STW 暂停所有应用线程，这时候对于用户而言就等于卡顿了，因此对于时延敏感的应用来说减少 STW 的时间是关键。
最大吞吐量：对于一些对时延不敏感的应用比如一些后台计算应用来说，吞吐量是关注的重点，它们不关注每次 GC 停顿的时间，只关注总的停顿时间少，吞吐量高。

举例：

方案一：每次 GC 停顿 100 ms，每秒停顿 5 次，这是最短暂停时间。
方案二：每次 GC 停顿 200 ms，每秒停顿 2 次。这是最大吞吐量。

一、GC如何调优

JVM的自动内存管理本来就是为了将开发人员从内存管理的泥潭里拉出来。即使不得不进行JVM调优，也绝对不能拍脑门就去调整参数，一定要全面监控，详细分析性能数据。

1.JVM调优的时机

Heap内存（老年代）持续上涨达到设置的最大内存值；
Full GC 次数频繁；
GC 停顿时间过长（超过1秒）；
应用出现OutOfMemory 等内存异常；
应用中有使用本地缓存且占用大量内存空间；
系统吞吐量与响应性能不高或下降。

2.JVM调优目标

吞吐量、暂停时间、内存占用，这三者类似CAP，只能选择其中两个进行调优，不可三者兼得。即：选择了其中两个，必然会会以牺牲另一个为代价。

Heap 内存使用率 <= 70%;
Old generation内存使用率<= 70%;
Avg pause <= 1秒;
Full gc 次数0 或 avg pause interval >= 24小时 ;

注意：不同应用的JVM调优量化目标是不一样的。

3.JVM调优步骤

分析系统系统运行情况：分析GC日志及dump文件，判断是否需要优化，确定瓶颈问题点；
确定JVM调优量化目标；
确定JVM调优参数（根据历史JVM参数来调整）；
依次确定调优内存、延迟、吞吐量等指标；
对比观察调优前后的差异；
不断的分析和调整，直到找到合适的JVM参数配置；
找到最合适的参数，将这些参数应用到所有服务器，并进行后续跟踪。

以上操作步骤中，某些步骤是需要多次不断迭代完成的。一般是从满足程序的内存使用需求开始的，之后是时间延迟的要求，最后才是吞吐量的要求，要基于这个步骤来不断优化，每一个步骤都是进行下一步的基础，不可逆行。

4.选择合适的垃圾回收器

CPU单核，那么毫无疑问Serial 垃圾收集器是你唯一的选择。
CPU多核，关注吞吐量，那么选择PS+PO组合。
CPU多核，关注用户停顿时间，JDK版本1.6或者1.7，那么选择CMS。
CPU多核，关注用户停顿时间，JDK1.8及以上，JVM可用内存6G以上，那么选择G1。

参数配置：

设置Serial垃圾收集器（新生代），开启：-XX:+UseSerialGC
设置PS+PO，新生代使用功能Parallel Scavenge，老年代将会使用Parallel Old收集器，开启 -XX:+UseParallelOldGC
CMS垃圾收集器（老年代）开启 -XX:+UseConcMarkSweepGC
设置G1垃圾收集器开启 -XX:+UseG1GC

5.调整内存大小

现象：垃圾收集频率非常频繁。

原因：如果内存太小，就会导致频繁的需要进行垃圾收集，才能释放出足够的空间来创建新的对象，所以增加堆内存大小的效果是非常显而易见的。

注意：如果垃圾收集次数非常频繁，但是每次能回收的对象非常少，那么这个时候并非内存太小，而可能是内存泄露导致对象无法回收，从而造成频繁GC。

参数配置：

设置堆初始值指令1：-Xms2g 指令2：-XX:InitialHeapSize=2048m
设置堆区最大值指令1：-Xmx2g 指令2： -XX:MaxHeapSize=2048m
新生代内存配置指令1：-Xmn512m 指令2：-XX:MaxNewSize=512m

6.设置符合预期的停顿时间

现象：程序间接性地卡顿。

原因：如果没有确切的停顿时间设定，垃圾收集器以吞吐量为主，那么垃圾收集时间就会不稳定。

注意：不要设置不切实际的停顿时间，单次时间越短也意味着需要更多的GC次数才能回收完原有数量的垃圾.

参数配置：

GC停顿时间，垃圾收集器会尝试用各种手段达到这个时间 -XX:MaxGCPauseMillis

7.调整内存区域大小比率

现象：某一个区域的GC频繁，其他都正常。

原因：如果对应区域空间不足，导致需要频繁GC来释放空间，在JVM堆内存无法增加的情况下，可以调整对应区域的大小比率。

注意：也许并非空间不足，而是因为内存泄造成内存无法回收。从而导致GC频繁。

参数配置：

Survivor区和Eden区大小比率指令：-XX:SurvivorRatio=6，Survivor区和Eden区占新生代比率为1：6，两个S区2：6
新生代和老年代的占比 -XX：NewRatio=4，表示新生代：老年代 = 1:4 即老年代占整个堆的4/5；默认值=2

8.调整对象升老年代的年龄

现象：老年代频繁GC，每次回收的对象很多。

原因：如果升代年龄小，新生代的对象很快就进入老年代了，导致老年代对象变多，而这些对象其实在随后的很短时间内就可以回收，这时候可以调整对象的升级代年龄，让对象不那么容易进入老年代解决老年代空间不足频繁GC问题。

注意：增加了年龄之后，这些对象在新生代的时间会变长可能导致新生代的GC频率增加，并且频繁复制这些对象新生的GC时间也可能变长。

配置参数：

进入老年代最小的GC年龄，年轻代对象转换为老年代对象最小年龄值，默认值为7，即： -XX:InitialTenuringThreshold=7

9.调整大对象的标准

现象：老年代频繁GC，每次回收的对象很多，而且单个对象的体积都比较大。

原因：如果大量的大对象直接分配到老年代，导致老年代容易被填满而造成频繁GC，可设置对象直接进入老年代的标准。

注意：这些大对象进入新生代后可能会使新生代的GC频率和时间增加。

配置参数：

新生代可容纳的最大对象，大于则直接会分配到老年代，0代表没有限制。 -XX:PretenureSizeThreshold=1000000

10.调整GC的触发时机

现象：CMS，G1经常Full GC，程序卡顿严重。

原因：G1和CMS 部分GC阶段是并发进行的，业务线程和垃圾收集线程一起工作，也就说明垃圾收集的过程中业务线程会生成新的对象。所以，在GC的时候需要预留一部分内存空间来容纳新产生的对象，如果这个时候内存空间不足以容纳新产生的对象，那么JVM就会停止并发收集暂停所有业务线程（STW）来保证垃圾收集的正常运行。这个时候可以调整GC触发的时机（比如在老年代占用60%就触发GC），这样就可以预留足够的空间来让业务线程创建的对象有足够的空间分配。

注意：提早触发GC会增加老年代GC的频率。

配置参数：

使用多少比例的老年代后开始CMS收集，默认是68%，如果频繁发生SerialOld卡顿，应该调小 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction //G1混合垃圾回收周期中要包括的旧区域设置占用率阈值。默认占用率为 65% -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=65

11.调整 JVM本地内存大小

现象：GC的次数、时间和回收的对象都正常，堆内存空间充足，但是报OOM。

原因： JVM除了堆内存之外还有一块堆外内存，这片内存也叫本地内存，可是这块内存区域不足了并不会主动触发GC，只有在堆内存区域触发的时候顺带会把本地内存回收了，而一旦本地内存分配不足就会直接报OOM异常。

注意：本地内存异常的时候除了上面的现象之外，异常信息可能是OutOfMemoryError：Direct buffer memory。解决方式除了调整本地内存大小之外，也可以在出现此异常时进行捕获，手动触发GC（System.gc()）。

配置参数：

XX:MaxDirectMemorySize

二、JVM常用命令

1.JPS（JVM Process Status Tool）

显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。

2.jstat（JVM statistics Monitoring）

用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。

3.jmap（JVM Memory Map）

用于生成heap dump文件，如果不使用这个命令，还阔以使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数来让虚拟机出现OOM的时候自动生成dump文件。
jmap不仅能生成dump文件，还阔以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如当前使用率、当前使用的是哪种收集器等。

4.jhat（JVM Heap Analysis Tool）

与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看。
在此要注意，一般不会直接在服务器上进行分析，因为jhat是一个耗时并且耗费硬件资源的过程，一般把服务器生成的dump文件复制到本地或其他机器上进行分析。

5.jstack

jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。
如果java程序崩溃生成core文件，jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息，从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。