Java高阶私房菜：JVM性能优化案例及讲解

news2024/12/26 0:05:00

核心思想

优化思考方向

压测环境准备

堆大小配置调优

调优前

调优后

分析结论

垃圾收集器配置调优

调优前

调优后

分析结论

JVM性能优化是一项复杂且耗时的工作，该环节没办法一蹴而就，它需要耐心雕琢，逐步优化至理想状态。“性能调优” 该词是那么的高大上，但其实工作中因投入产出比（ROI）的关系，我们经常不会过多投入到这个工作中，而是更多投入到其他ROI更高的环节上，或有金主爸爸的允许下直接升级设备/服务器的性能，那为什么我们还要大费周章的去讲JVM呢？因为JVM性能调优是性能提升的最后一步，当所有环节都无法加工优化时，就需要在这个环节操刀了，其次就是架不住面试馆的会问呀。

核心思想

任何java业务做性能优化，都需要掌握JVM内部的工作机制和应用程序的特性，当某个节点性能优化接近极致的时候，就需要从局部跳到宏观层面进行分析，考虑自己和团队的ROI。另外缺少业务场景的性能优化都是浮云。

当面试官问到如何开始JVM调优时，就不要直接的回答自己是怎么进行JVM调参的，而是先了解他的意图、基本信息，是否有其他方向优化的可能等等，才能将答案回答到面试官的点中去。

优化思考方向

JVM优化

监控JVM性能：对JVM的运行情况进行监控，以了解应用程序的瓶颈和性能瓶颈，可以使用JVM自带的工具，如jstat、jmap、jstack等，或者第三方工具，如VisualVM、JProfiler等。
压测基准指标：对程序进行压测，得出接口对应的吞吐量、响应时间等。外部现象：对用户体验来说，就是响应速度，可以用压测工具jmeter进行压测得出相关性能指标；内部现象：分析GC情况，是JVM性能调优的重要因素，需要掌握GC的工作机制和GC日志的含义，可以使用JVM自带的GC日志或者第三方工具，如GCEasy等来分析GC情况，了解GC的频率、时间、内存占用等情况。
调整JVM参数：通过调整堆大小、GC算法、线程池大小等参数来提高应用程序的性能。另外需要注意的点是不同的应用程序和环境可能需要不同的JVM参数配置，比如IO密集型和CPU密集型应用。

二次压测分析

通过调整jvm参数后，二次压测看性能指标提升还是下降。内部检测通过分析GC日志，看吞吐量，GC次数和停顿时间变化等。外部监测主要看接口对应的吞吐量、响应时间长短等。

其他优化方向

优化代码：通过避免不必要的对象创建、减少同步操作、使用缓存等方式来优化代码。但需注意的是代码优化应该遵循“先正确，再优化”的原则，不应该牺牲代码的可读性和可维护性
使用并发编程：使用多线程、线程池等方式来提高并发性能，比如调整线程池的队列长度，存活线程数量等，但需要注意的是并发编程需要考虑线程安全和锁竞争等问题，需要进行正确的设计和实现。
使用缓存：可以使用本地缓存、分布式缓存等方式来提高数据访问性能，但需要注意的是缓存需要考虑缓存一致性和缓存失效等问题，需要进行正确的设计和实现。
避免IO阻塞：使用异步IO、NIO等方式来提高IO性能，例如前面讲解的CompletableFuture异步任务编排，但需要注意的是IO编程需要考虑并发性和可靠性等问题，需要进行正确的设计和实现。

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分布式+集群技术：使用负载均衡+集群技术，提升单节点的处理能力
其他技术...

压测环境准备

测试程序准备

SpringBoot 编写的jar的程序，接口一个返回随机组成的100个以内的对象的list (使用JDK17)

相关代码

@RestController
@RequestMapping("/api/product")
public class ProductController {

    @RequestMapping("query")
    public Map<String, Object> query() throws InterruptedException {

        int num = (int) (Math.random() * 100) + 1;

        Byte[] bytes = new Byte[5 * 1024 * 1024];

        List<Product> productList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            Product product = new Product();
            product.setPrice((int) Math.random() * 100);
            product.setTitle("csdn文章，文章编号" + i);
            productList.add(product);
        }

        Thread.sleep(5);
        Map<String, Object> map = new HashMap<>(16);
        map.put("data", productList);
        return map;

    }

}


public class Product {
    private int price;
    private String title;
    public Product() {
    }
    public Product(int price, String title) {
        this.price = price;
        this.title = title;
    }
 
}

Jmeter压测工具准备

测试计划 200并发，循环500次，主要测试两个场景：

案例一：堆大小配置，FullGC次数的性能影响
案例二：不同垃圾收集器对性能的影响

有条件的可以Linux操作系统测试，测试机和压测机器分开，采用内网测试，尽量减少影响因素

堆大小配置调优

调优前

性能优化初始值

-Xms1g
-Xmx1g
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1HeapRegionSize=32M
-XX:ActiveProcessorCount=8
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=heapdump.hprof
-XX:+PrintCommandLineFlags 
-Xlog:gc=info:file=portal_gc.log:utctime,level,tags:filecount=50,filesize=100M

外部指标

内部指标

调优后

JVM参数调整

通过调整JVM的堆大小看吞吐量

-Xms8g
-Xmx8g
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1HeapRegionSize=32M
-XX:ActiveProcessorCount=8
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=heapdump.hprof
-XX:+PrintCommandLineFlags 
-Xlog:gc=info:file=portal_gc.log:utctime,level,tags:filecount=50,filesize=100M

外部指标

内部指标

分析结论

不同堆空间大小堆系统影响比较大，高内存则可以减少GC次数，得到比较高的吞吐量。测试的时候可以每2G的内存增长进行测试，增加到一定堆大小后，ROI会逐步下降，找到一定的峰值即可。

垃圾收集器配置调优

调优前

性能优化初始值

-Xms1g
-Xmx1g
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1HeapRegionSize=32M
-XX:ActiveProcessorCount=8
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=heapdump.hprof
-XX:+PrintCommandLineFlags 
-Xlog:gc=info:file=portal_gc.log:utctime,level,tags:filecount=50,filesize=100M

外部指标

内部指标

调优后

JVM参数调整

通过调整JVM的垃圾收集器看吞吐量

-Xmx1g -Xms1g -XX:+UseParallelGC -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=heapdump.hprof -XX:+PrintCommandLineFlags  -Xlog:gc=info:file=portal_gc.log:utctime,level,tags:filecount=50,filesize=100M

外部指标