JVM调优笔记

JVM

在Java虚拟机的参数中，有3种表示方法（出自：http://www.cnblogs.com/wenfeng762/archive/2011/08/14/2137810.html），用ps -ef |grep “java”命令，可以得到当前Java进程的所有启动参数和配置参数：

（额外的，-DpropertyName=“value”的形式定义了一些全局属性值，下面有介绍。） 本文只重点介绍一些重要和常用的参数，如果想了解全部参数，可以参考下面的文章： 《Java HotSpot VM Options》 《JVM启动参数大全》

其实标准参数是用过Java的人都最熟悉的，就是你在运行java命令时后面加上的参数，如java -version, java -jar 等，输入命令java -help或java -?就能获得当前机器所有java的标准参数列表。

设置jvm使用client模式，这是一般在pc机器上使用的模式，启动很快，但性能和内存管理效率并不高；多用于桌面应用；

JVM加载和搜索文件的目录路径，多个路径用;分隔。注意，如果使用了-classpath，JVM就不会再搜索环境变量中定义的CLASSPATH路径。 JVM搜索路径的顺序为：

定义系统的全局属性值，如配置文件地址等，如果value有空格，可以用-Dname=”space string”这样的形式来定义，用System.getProperty(“propertyName”)可以获得这些定义的属性值，在代码中也可以用System.setProperty(“propertyName”,”value”)的形式来定义属性。

输出jvm载入类的相关信息，当jvm报告说找不到类或者类冲突时可此进行诊断。

输出每次GC的相关情况，后面会有更详细的介绍。

输出native方法调用的相关情况，一般用于诊断jni调用错误信息。

非标准参数，是在标准参数的基础上进行扩展的参数，输入“java -X”命令，能够获得当前JVM支持的所有非标准参数列表（你会发现，其实并不多哦）。

新生代内存大小的最大值，包括E区和两个S区的总和,大小建议为整个堆栈的3/8，使用方法如：-Xmn65535，-Xmn1024k，-Xmn512m，-Xmn1g (-Xms,-Xmx也是种写法) -Xmn只能使用在JDK1.4或之后的版本中，（之前的1.3/1.4版本中，可使用-XX:NewSize设置年轻代大小，用-XX:MaxNewSize设置年轻代最大值）； 如果同时设置了-Xmn和-XX:NewSize，-XX:MaxNewSize，则谁设置在后面，谁就生效； 如果同时设置了-XX:NewSize -XX:MaxNewSize与-XX:NewRatio则实际生效的值是: min(MaxNewSize,max(NewSize, heap/(NewRatio+1)))（参考：http://www.open-open.com/home/space.php?uid=71669&do=blog&id=8891） 建议： 在开发、测试环境，可以-XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize来设置新生代大小。 在线上生产环境，使用-Xmn一个即可（推荐），或者将-XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize设置为同一个值，这样能够防止在每次GC之后都要调整堆的大小（即：抖动，抖动会严重影响性能）

初始堆的大小，也是堆大小的最小值，默认值是总共的物理内存/64（且小于1G），默认情况下，当堆中可用内存小于40%(这个值可以用-XX: MinHeapFreeRatio 调整，如-XX:MinHeapFreeRatio=30时，堆内存会开始增加，一直增加到-Xmx的大小；

堆的最大值，默认值是总共的物理内存/64（且小于1G），如果Xms和Xmx都不设置，则两者大小会相同，默认情况下，当堆中可用内存大于70%（这个值可以用-XX: MaxHeapFreeRatio 调整，如-XX:MaxHeapFreeRatio=60）时，堆内存会开始减少，一直减小到-Xms的大小； 整个堆的大小=年轻代大小+年老代大小，堆的大小不包含持久代大小，如果增大了年轻代，年老代相应就会减小，官方默认的配置为年老代大小/年轻代大小=2/1左右（使用-XX:NewRatio可以设置-XX:NewRatio=5，表示年老代/年轻代=5/1）； 建议: 在开发测试环境可以用Xms和Xmx分别设置最小值最大值 在线上生产环境，Xms和Xmx设置的值必须一样，原因与年轻代一样——防止抖动；

这个参数用于设置每个线程的栈内存，默认1M，一般来说是不需要改的。除非代码不多，可以设置的小点，另外一个相似的参数是-XX:ThreadStackSize，这两个参数在1.6以前，都是谁设置在后面，谁就生效；1.6版本以后，-Xss设置在后面，则以-Xss为准，-XXThreadStackSize设置在后面，则主线程以-Xss为准，其它线程以-XX:ThreadStackSize为准。

减少JVM对操作系统信号（OS Signals）的使用（JDK1.3.1之后才有效），当此参数被设置之后，jvm将不接收控制台的控制handler，以防止与在后台以服务形式运行的JVM冲突（这个用的比较少，参考：http://www.blogjava.net/midstr/archive/2008/09/21/230265.html）。

跟踪正运行的程序，并将跟踪数据在标准输出输出；适合于开发环境调试。

关闭针对class的gc功能；因为其阻止内存回收，所以可能会导致OutOfMemoryError错误，慎用；

开启增量gc（默认为关闭）；这有助于减少长时间GC时应用程序出现的停顿；但由于可能和应用程序并发执行，所以会降低CPU对应用的处理能力。

与-verbose:gc功能类似，只是将每次GC事件的相关情况记录到一个文件中，文件的位置最好在本地，以避免网络的潜在问题。 若与verbose命令同时出现在命令行中，则以-Xloggc为准。

以-XX表示的非Stable参数，虽然在官方文档中是不确定的，不健壮的，各个公司的实现也各有不同，但往往非常实用，所以这部分参数对于GC非常重要。JVM（Hotspot）中主要的参数可以大致分为3类（参考http://blog.csdn.net/sfdev/article/details/2063928）：

对于非Stable参数，使用方法有4种：

主要参考了博客： http://blog.csdn.net/sfdev/article/details/2063928和http://kenwublog.com/docs/java6-jvm-options-chinese-edition.htm，后一个比较全面，有兴趣的可以仔细研读。

图中两个收集器之间有连线，说明它们可以配合使用

Serial收集器是在client模式下默认的新生代收集器，其收集效率大约是100M左右的内存需要几十到100多毫秒； 在client模式下，收集桌面应用的内存垃圾，基本上不影响用户体验。所以，一般的Java桌面应用中，直接使用Serial收集器（不需要配置参数，用默认即可）。

Serial收集器的多线程版本，这种收集器默认开通的线程数与CPU数量相同，-XX:ParallelGCThreads可以用来设置开通的线程数。 可以与CMS收集器配合使用，事实上用-XX:+UseConcMarkSweepGC选择使用CMS收集器时，默认使用的就是ParNew收集器，所以不需要额外设置-XX:+UseParNewGC，设置了也不会冲突，因为会将ParNew+Serial Old作为一个备选方案； 如果单独使用-XX:+UseParNewGC参数，则选择的是ParNew+Serial Old收集器组合收集器。 一般情况下，在server模式下，如果选择CMS收集器，则优先选择ParNew收集器。

关注的是吞吐量（关于吞吐量的含义见上一篇博客），可以这么理解，关注吞吐量，意味着强调任务更快的完成，而如CMS等关注停顿时间短的收集器，强调的是用户交互体验。 在需要关注吞吐量的场合，比如数据运算服务器等，就可以使用Parallel Scavenge收集器。

在1.5版本及以前可以与 Parallel Scavenge结合使用（事实上，也是当时Parallel Scavenge唯一能用的版本），另外就是在使用CMS收集器时的备用方案，发生 Concurrent Mode Failure时使用。

如果是单独使用，Serial Old一般用在client模式中。

在1.6版本之后，与 Parallel Scavenge结合使用，以更好的贯彻吞吐量优先的思想，如果是关注吞吐量的服务器，建议使用Parallel Scavenge + Parallel Old 收集器。

这是当前阶段使用很广的一种收集器，国内很多大的互联网公司线上服务器都使用这种垃圾收集器（http://blog.csdn.net/wisgood/article/details/17067203），笔者公司的收集器也是这种，CMS收集器以获取最短回收停顿时间为目标，非常适合对用户响应比较高的B/S架构服务器。

CMS收集器变种，属增量式垃圾收集器，在并发标记和并发清理时交替运行垃圾收集器和用户线程。适用于单CPU

面向服务器端应用的垃圾收集器，计划未来替代CMS收集器。

建议采用Serial+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseSerialGC（-client下的默认参数）

可以采用默认参数，即采用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseParallelGC（-server下的默认参数）

建议采用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseParallelGC

建议采用ParNew+CMS+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseConcMarkSweepGC

如上文所述，并行收集器主要以到达一定的吞吐量为目标，适用于科学技术和后台处理等。 典型配置 ： java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelGC ：选择垃圾收集器为并行收集器。 此配置仅对年轻代有效。即上述配置下，年轻代使用并发收集，而年老代仍旧使用串行收集。 -XX:ParallelGCThreads=20 ：配置并行收集器的线程数，即：同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配置与处理器数目相等。 java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC -XX:+UseParallelOldGC ：配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDK6.0支持对年老代并行收集。 java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:MaxGCPauseMillis=100 : 设置每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小，以满足此值。 java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy -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。

如上文所述，并发收集器主要是保证系统的响应时间，减少垃圾收集时的停顿时间。适用于应用服务器、电信领域等。 典型配置 ： java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC ：设置年老代为并发收集。测试中配置这个以后，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此时年轻代大小最好用-Xmn设置。 -XX:+UseParNewGC :设置年轻代为并行收集。可与CMS收集同时使用。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。 java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction ：由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理。 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection ：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片

另外在选择了垃圾收集器组合之后，还要配置一些辅助参数，以保证收集器可以更好的工作。关于这些参数，请在http://kenwublog.com/docs/java6-jvm-options-chinese-edition.htm中查询其意义和用法，如：

你可能需要配置4个参数： -XX:SurvivorRatio, -XX:PretenureSizeThreshold, -XX:+HandlePromotionFailure,-XX:MaxTenuringThreshold；

你可能需要配置的参数： -XX:MaxGCPauseMillis，-XX:GCTimeRatio， -XX:+UseAdaptiveSizePolicy -XX:ParallelGCThreads=n；

你可能需要配置的参数： -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction， -XX:+CMSIncrementalMode, -XX:ParallelGCThreads=n, -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection, -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction；

用-Xmn，-Xmx，-Xms，-Xss，-XX:NewSize，-XX:MaxNewSize，-XX:MaxPermSize，-XX:PermSize，-XX:SurvivorRatio，-XX:PretenureSizeThreshold，-XX:MaxTenuringThreshold就基本可以配置内存启动时的分配情况 建议 1. -XX:PermSize尽量比-XX:MaxPermSize小，-XX:MaxPermSize>= 2 * -XX:PermSize, -XX:PermSize> 64m，一般对于4G内存的机器，-XX:MaxPermSize不会超过256m； 2. -Xms = -Xmx（线上Server模式），以防止抖动，大小受操作系统和内存大小限制，如果是32位系统，则一般-Xms设置为1g-2g（假设有4g内存），在64位系统上，没有限制，不过一般为机器最大内存的一半左右； 3. -Xmn，在开发环境下，可以用-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize来设置新生代的大小（-XX:NewSize (total occupancy1), secs] -> (total occupancy3), secs]

选项的意义是： time：执行GC的时间，需要添加-XX:+PrintGCDateStamps参数才有； collector：minor gc使用的收集器的名字。 starting occupancy1：GC执行前新生代空间大小。 ending occupancy1：GC执行后新生代空间大小。 total occupancy1：新生代总大小 pause time1：因为执行minor GC，Java应用暂停的时间。 starting occupancy3：GC执行前堆区域总大小 ending occupancy3：GC执行后堆区域总大小 total occupancy3：堆区总大小 pause time3：Java应用由于执行堆空间GC（包括full GC）而停止的时间。

监控和分析GC也有一些可视化工具，比较常见的有JConsole和VisualVM，有兴趣的可以看看下面的文章，在此不再赘述： http://blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8049707

原则： 1. 多数的Java应用不需要在服务器上进行GC优化； 2. 多数导致GC问题的Java应用，都不是因为我们参数设置错误，而是代码问题； 3. 在应用上线之前，先考虑将机器的JVM参数设置到最优（最适合）； 4. 减少创建对象的数量； 5. 减少使用全局变量和大对象； 6. GC优化是到最后不得已才采用的手段； 7. 在实际使用中，分析GC情况优化代码比优化GC参数要多得多；

GC优化的目的有两个（http://www.360doc.com/content/13/0305/10/15643_269388816.shtml）： 1. 将转移到老年代的对象数量降低到最小； 2. 减少full GC的执行时间；

需要做的事情有：

调优般步骤为：

使用各种JVM工具，查看当前日志，分析当前JVM参数设置，并且分析当前堆内存快照和gc日志，根据实际的各区域内存划分和GC执行时间，觉得是否进行优化；

如果各项参数设置合理，系统没有超时日志出现，GC频率不高，GC耗时不高，那么没有必要进行GC优化；如果GC时间超过1-3秒，或者频繁GC，则必须优化； 注：如果满足下面的指标，则一般不需要进行GC：

如果内存分配过大或过小，或者采用的GC收集器比较慢，则应该优先调整这些参数，并且先找1台或几台机器进行beta，然后比较优化过的机器和没有优化的机器的性能对比，并有针对性的做出最后选择；

通过不断的试验和试错，分析并找到最合适的参数

如果找到了最合适的参数，则将这些参数应用到所有服务器，并进行后续跟踪。

笔者昨日发现部分开发测试机器出现异常：java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded，这个异常代表：GC为了释放很小的空间却耗费了太多的时间，其原因一般有两个： 1，堆太小， 2，有死循环或大对象； 笔者首先排除了第2个原因，因为这个应用同时是在线上运行的，如果有问题，早就挂了。所以怀疑是这台机器中堆设置太小； 使用ps -ef |grep “java”查看，发现： 该应用的堆区设置只有768m，而机器内存有2g，机器上只跑这一个java应用，没有其他需要占用内存的地方。另外，这个应用比较大，需要占用的内存也比较多； 笔者通过上面的情况判断，只需要改变堆中各区域的大小设置即可，于是改成下面的情况： 跟踪运行情况发现，相关异常没有再出现；

（http://www.360doc.com/content/13/0305/10/15643_269388816.shtml） 一个服务系统，经常出现卡顿，分析原因，发现Full GC时间太长：

分析上面的数据，发现Young GC执行了54次，耗时2.047秒，每次Young GC耗时37ms，在正常范围，而Full GC执行了5次，耗时6.946秒，每次平均1.389s，数据显示出来的问题是：Full GC耗时较长，分析该系统的是指发现，NewRatio=9，也就是说，新生代和老生代大小之比为1:9，这就是问题的原因： 1，新生代太小，导致对象提前进入老年代，触发老年代发生Full GC； 2，老年代较大，进行Full GC时耗时较大； 优化的方法是调整NewRatio的值，调整到4，发现Full GC没有再发生，只有Young GC在执行。这就是把对象控制在新生代就清理掉，没有进入老年代（这种做法对一些应用是很有用的，但并不是对所有应用都要这么做）

一应用在性能测试过程中，发现内存占用率很高，Full GC频繁，使用sudo -u admin -H jmap -dump:format=b,file=文件名.hprof pid 来dump内存，生成dump文件，并使用Eclipse下的mat差距进行分析，发现： 从图中可以看出，这个线程存在问题，队列LinkedBlockingQueue所引用的大量对象并未释放，导致整个线程占用内存高达378m，此时通知开发人员进行代码优化，将相关对象释放掉即可。

上面介绍了promontion faild产生的原因是EDEN空间不足的情况下将EDEN与From survivor中的存活对象存入To survivor区时,To survivor区的空间不足，再次晋升到old gen区，而old gen区内存也不够的情况下产生了promontion faild从而导致full gc.那可以推断出：eden+from survivor < old gen区剩余内存时，不会出现promontion faild的情况，即： (Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction/100)>=(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)) 进而推断出：

CMSInitiatingOccupancyFraction verify -> prepare -> resove -> init

在一次理想化的minor gc中，活跃对象会从Eden和First Survivor中被复制到Second Survivor。 然而，Second Survivor不一定能容纳所有的活跃对象。

为了确保minor gc能够顺利完成，需要在年老代中保留一块足以容纳所有活跃对象的内存空间。 这个预留的操作，被称之为新生代收集担保（New Generation Guarantee）。当预留操作无法完成时，就会触发major gc(full gc)。

为什么要关闭新生代收集担保？ 因为在年老代中预留的空间大小，是无法精确计算的。

为了确保极端情况的发生，GC参考了最坏情况下的新生代内存占用，即Eden+First Survivor。

这种策略无疑是在浪费年老代内存，并从时序角度看，可能提前触发Full GC。

为了避免如上情况的发生，JVM允许开发者关闭新生代收集担保。

在开启本选项后，minotr gc将不再提供新生代收集担保，而是在出现survior或年老代不够用时，抛出promotion failed异常。

大家知道，Java的多线程安全是基于Lock机制实现的，而Lock的性能往往不如人意。 原因是，monitorenter与monitorexit这两个控制多线程同步的bytecode原语，是JVM依赖操作系统互斥(mutex)来实现的。 互斥是一种会导致线程挂起，并在较短的时间内又需要重新调度回原线程的，较为消耗资源的操作。

为了避免进入OS互斥，Java6的开发者们提出了自旋锁优化方法。

自旋锁优化的原理是在线程进入OS互斥前，通过CAS自旋一定的次数来检测锁的释放。

如果在自旋次数未达到预订值前，发现锁已被释放，则会立即持有该锁。 CAS检测锁的原理详见: http://www.bt285.cn/sejishikong/ 关联选项： -XX:PreBlockSpin=10

预估堆内存是堆大小动态调控的重要选项之一。 堆内存预估最大值一定小于或等于固定最大值(-Xmx指定的数值)。 前者会根据使用情况动态调大或缩小，以提高GC回收的效率。