JVM调优

1.调优原则

在想要JVM调优前一定要清楚地认识到一件事：JVM调优是Java性能优化的最后一步，是万不得已才会执行的步骤！
在执行JVM调优前请确保已经做了以下几件事：

  • 排查了数据库瓶颈问题，并已优化。包括但不限于索引优化、表结构优化、分库分表等。
  • 考虑了扩容的情况，横向和纵向都考虑了。
  • 排查代码，进行逻辑优化、架构优化等。
  • 拥有全面监控的手段以及收集了足够多的性能数据。

JVM调优的先制度是永远低于程序优化的

2.调优指标

JVM调优指标有以下三个：

  • 吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的行例 （总运行时间=程序的运行时间+内存回收的时间）。
  • 停顿时间：执行垃圾收集（GC）时，程序的工作线程被暂停的时间。
  • 内存占用：系统运行时，JVM需要使用的内存。

该三者构成了不可能三角，我们调优时无法同时满足它们三个，所以只能取其中两个进行调优。
我们理应在业务的帮助下正确选取调优指标，并将其优化至调优目标。如：

  • 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 间隔 >= 24小时。

通常我们选择的调优目标为「吞吐量」和「停顿时间」，它们的目的最终是一致的，即尽量缩短STW(Stop-The-World)的时间

3.调优设置

3.1.堆设置

-Xms与-Xmx一般设置成相同的值，可以避免内存扩充的动作。

3.2.年轻代设置

参数-Xmn，1-1.5倍FullGC之后的老年代空间占用。
避免新生代设置过小，当新生代设置过小时，会带来两个问题：一是minor GC次数频繁，二是可能导致minor GC对象直接进老年代。当老年代内存不足时，会触发Full GC。 避免新生代设置过大，当新生代设置过大时，会带来两个问题：一是老年代变小，可能导致Full GC频繁执行；二是 minor GC 执行回收的时间大幅度增加。

3.3.老年代设置

老年代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。
如果堆设置偏小，可能会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停。
如果堆设置偏大，则需要较长的收集时间 吞吐量优先的应用。
一般吞吐量优先的应用都有一个较大的年轻代和一个较小的老年代。这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而老年代尽可能存放长期存活对象

3.4.元空间设置

在jdk1.8及以后的版本中，元空间取代了永久代。相应的参数为-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize； 通常设置为相同的值，避免运行时要不断扩展。

4.调优步骤

4.1.监控分析

主要分为实时监控和事后监控：

  • 实时监控：Linux命令（top，ps等）、JDK命令（jps，jstat等）、实时监控平台（JConsole等）。
  • 事后监控：GC日志分析、dump堆转储快照分析

4.2.监控参数设置

  1. JVM启动时增加参数：
    2. # 出现OOME时生成堆dump:
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
# 生成堆文件地址：
-XX:HeapDumpPath=/home/hadoop/dump/
  2. jmap生成，命令：
    3. jmap -dump:file=文件名.dump [pid]
# 9257是指JVM的进程号
jmap -dump:format=b,file=testmap.dump 9257

第一种为事后方式，只有在JVM出现OOM问题后才会生成堆栈信息；第二种是在执行时使用的，使用后JVM会暂停服务，会对服务的提供产生影响。推荐还是使用第一种方式。

4.3.调试相关命令

主要有以下几种：

  • jps：用于展示当前系统中该用户有权访问的java进程。
  • jstat：可以查看Java程序运行时相关信息，可以通过它查看堆信息的相关情况。
  • jinfo：可以用来查看正在运行的java程序的扩展参数，甚至支持运行时修改部分参数。
  • jmap：可以查看堆内存使用状况，一般结合jhat使用。
  • jhat：解析Java堆转储文件并启动一个 web server，然后用浏览器来查看、浏览 dump 出来的 heap。
  • jstack：用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照是当前java虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。 线程出现停顿的时候通过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。
  • jconsole：可以从命令行或在 GUI shell 中运行。您可以轻松地使用 JConsole来监控 Java 应用程序性能和跟踪Java 中的代码。

4.4.JVM参数调优

在分析过报告后便需要对报告中有问题的部分进行调优，而除了程序调优外，影响最大的便是JVM的参数调优了，如设置堆大小等。
JVM参数主要分为：标准参数、非标准参数、不稳定参数。

  1. 标准参数，顾名思义，标准参数中包括功能以及输出的结果都是很稳定的，基本上不会随着JVM版本的变化而变化。它以-开头，如：java -jar、java -help、java -version等。
  2. 非标准参数以-X开头，是标准参数的扩展。对应前面讲的标准化参数，这是非标准化参数。表示在将来的JVM版本中可能会发生改变，但是这类以-X开始的参数变化的比较小。 我们可以通过 Java -X 命令来检索所有-X 参数。常见的非标准参数有：
  3. 不稳定参数相对来说不稳定，随着JVM版本的变化可能会发生变化，主要用于JVM调优和debug。
    不稳定参数以-XX开头，此类参数的设置很容易引起JVM性能上的差异，使JVM存在极大的不稳定性。如果此类参数设置合理将大大提高JVM的性能及稳定性。
    参数分析： 
    4.               -Xms4g：初始化堆内存大小为4GB，ms是memory start的简称，等价于-XX:InitialHeapSize。
-Xmx4g：堆内存最大值为4GB，mx是memory max的简称，等价于-XX:MaxHeapSize。
-Xmn1200m：设置年轻代大小为1200MB。增大年轻代后，将会减小老年代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。
-Xss512k：设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1MB，以前每个线程堆栈大小为256K。
    应根据应用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。
-XX:NewRatio=4：设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与老年代的比值（除去持久代）。
    设置为4，则年轻代与老年代所占比值为1：4，年轻代占整个堆栈的1/5
-XX:SurvivorRatio=8：设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。
    设置为8，则两个Survivor区与个Eden区的比值为2:8，个Survivor区占整个年轻代的1/10
-XX:PermSize=100m：初始化永久代大小为100MB。 -XX:MaxPermSize=256m：设置持久代大小为256MB。
-XX:MaxTenuringThreshold=15：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，直接进入老年代。对于老年代比较多的应用，可以提高效率。
    如果将此值设置为个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象在年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概率。
-XX:MaxDirectMemorySize=1G：直接内存。报java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffermemory异常可以上调这个值。
-XX:+DisableExplicitGC：禁止运行期显式地调用System.gc()来触发fulll GC。 注意: Java
    RMI的定时GC触发机制可通过配置-Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=86400来控制触发的时间。
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=60：老年代内存回收阈值，默认值为68。
-XX:ConcGCThreads=4：CMS垃圾回收器并行线程线，推荐值为CPU核心数。
-XX:ParallelGCThreads=8：新生代并行收集器的线程数。
-XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=500：当abortable-preclean预清理阶段执行达到这个时间时就会结束。
-XX:+DoEscapeAnalysis：开启逃逸分析（1.7后默认开启）