一次JVM調優的筆記

1. JVM Tuning基礎知識

1.1 Java堆結構

　　Java堆可以處於物理上不連續的內存空間上，只要邏輯上是連續的即可。Java堆就是各種對象分配和保存的內存空間，線程間共享。Java堆分為Eden區，Survivor區，tenured區和Permanent區，如下圖所示。

　　Java堆的分配原則如下：

• Java堆分布如下圖所示，新的類的實例大部分在Eden（之所以用Eden這個詞也就是表示初創起始的意思）區分配。
• Eden區滿的時候，或者需要GC時，依然存活的對象將被復制到Survivor區，一共有兩個survivor區，當一個survivor區滿時，依然存活的對象將被復制到另一個survivor區。
• 當survivor區全滿時，從第一個survivor區復制過來的，且此時還存活的對象將被復制到Tenured Generation（年老代）
• Perm Generation用於存放靜態文件，持久代大小可以通過MaxPermSize進行設置。

 

　　Perm Generation是JVM的駐留內存，用於存放JDK自身攜帶的CLASS，Interface的元數據等。被裝載進此區域的數據是不會被垃圾回收器GC回收掉的，關閉JVM時，釋放此區域所控制的內存。

　　Java對象的聲明周期在堆中從Young到Tenured，這個期間從Eden誕生到Tenured死亡。當EDEN區不夠用時，將觸發minor gc，GC會對EDEN區進行垃圾回收，將不再使用的對象進行銷毀，同時如果發現對象還被其他對象引用，則將對象移動到survivor區，后面依此類推，當Tenured區發生GC時，稱為major gc，由於java中大部分對象的生命周期都很短，所以GC一般發生在Eden區，因此minor gc發生的頻率比major gc要高很多。如果最后整個堆空間都滿了，則會爆出異常JVM對空間溢出：java.lang.OutOfMemoryError: java heap space。

1.2 JVM GC算法枚舉

• Mark-sweep算法

　       即標記回收算法，將需要回收的對象標記，再統一回收。這種算法適合Perm代的對象，以為Perm代的存儲空間比較大，需要回收的又不多。

• Copying算法

　　   即復制算法，直接拷貝。適合Eden區的對象向survivor區拷貝，因為Eden區的對象大部分都需要GC，而且Eden區的容量小。

•  Mark-compact算法

　　　即標記整理算法，與標記清除算法不同，標記整理算法避免了內存碎片問題，它將所有存活的對象向內存的一端移動，“整理”完成后，一端是存活的對象一端是可回收內存，然后直接清除可回收內存。

1.3 GC收集器

• Serial收集器

　　　最基本、最古老的收集器。這是一個單線程收集器，GC過程中，應用會被停掉，即stop-the-world。

• Parnew收集器

　　　實現代碼與serial差不多，不同的是這是一個多線程回收器。

• Paralled scavenge收集器 

　　   Paralled scavenger收集器是一個新生代回收器，使用復制算法，也是一個多線程並行收集器。parallel scavenge收集器專注於提高吞吐量，吞吐量定義為：

　　　　　　　　　　　　吞吐量 = 用戶程序執行時間/（用戶程序執行時間 + 垃圾回收時間）

• Serial old收集器

　　　Serial old是Serial收集器的老年代版本。

• Parallel old收集器

　　　Parallel Scavenge收集器的老年代版本。使用標記-整理算法。

• CMS（concurrent mark sweep）收集器：並發標記清除收集器，以最短停頓時間為目標的收集器。采用標記—清除算法實現。

 

2.VisualVM1實際監控JVM狀態

2.1 常用調優參數列表

　　主要需要熟悉的是總存儲空間大小，各個區的比例設置，針對不同的區設定不同的回收器和回收算法。在默認情況下有些選項是不打開的，因此需要手動配置，並且根據自己應用的情況選擇適當的參數。

參數	描述
–XX:+UseSerialGC	使用串行GC收集器
–XX:+UseParallelGC	使用並行GC收集器
–XX:+UseParallelOldGC	使用parallel old收集器
–XX:+UseConcMarkSweepGC	使用CMS收集器
-Xms	初始狀態堆大小
-Xmx	堆的最大大小
-XX:MaxPermSize=n	設置Permanent區的大小
-XX:NewSize=n	設置Young generation大小
-XX:NewRatio=n	設置年輕代和年老代的比值

 

　2.2 查看並分析GC日志

　　　　對於應用程序，在eclipse中可以通過工程屬性增加VM屬性，將GC輸出保存為日志文件。

　　

　　GC輸出選項： 

　　-XX:+PrintGC 輸出GC日志
　　-XX:+PrintGCDetails 輸出GC的詳細日志
　　-XX:+PrintGCTimeStamps 輸出GC的時間戳（以基准時間的形式）
　　-XX:+PrintGCDateStamps 輸出GC的時間戳（以日期的形式，如 2013-05-04T21:53:59.234+0800）
　　-XX:+PrintHeapAtGC 在進行GC的前后打印出堆的信息
　　-Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的輸出路徑

　　日志輸出形式：

Java HotSpot(TM) Client VM (25.45-b02) for windows-x86 JRE (1.8.0_45-b14), built on Apr 10 2015 10:46:40 by "java_re" with MS VC++ 10.0 (VS2010)
Memory: 4k page, physical 2074576k(402044k free), swap 4149152k(1441572k free)
CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=16777216 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation 
Heap
 def new generation   total 4928K, used 885K [0x04600000, 0x04b50000, 0x09b50000)
  eden space 4416K,  20% used [0x04600000, 0x046dd5f0, 0x04a50000)
  from space 512K,   0% used [0x04a50000, 0x04a50000, 0x04ad0000)
  to   space 512K,   0% used [0x04ad0000, 0x04ad0000, 0x04b50000)
 tenured generation   total 10944K, used 0K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
   the space 10944K,   0% used [0x09b50000, 0x09b50000, 0x09b50200, 0x0a600000)
 Metaspace       used 98K, capacity 2242K, committed 2368K, reserved 4480K

 

　　編寫了一個簡單的遞歸計算Fibbonaccy數列的程序，並在最后增加了一句System.gc()強制進行Full GC，得到的GC日志如下，回收后Eden區使用量為0。當服務器型的應用運行起來時，免不了會有多次GC，通過GC日志可以比較容易定位性能問題，比如full gc次數過多等。

{Heap before GC invocations=0 (full 0):
 def new generation   total 4928K, used 1522K [0x04600000, 0x04b50000, 0x09b50000)
  eden space 4416K,  34% used [0x04600000, 0x0477c9e8, 0x04a50000)
  from space 512K,   0% used [0x04a50000, 0x04a50000, 0x04ad0000)
  to   space 512K,   0% used [0x04ad0000, 0x04ad0000, 0x04b50000)
 tenured generation   total 10944K, used 0K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
   the space 10944K,   0% used [0x09b50000, 0x09b50000, 0x09b50200, 0x0a600000)
 Metaspace       used 259K, capacity 2280K, committed 2368K, reserved 4480K
15.463: [Full GC (System.gc()) 15.477: [Tenured: 0K->776K(10944K), 0.0428098 secs] 1522K->776K(15872K), [Metaspace: 259K->259K(4480K)], 0.0688257 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.07 secs] 
Heap after GC invocations=1 (full 1):
 def new generation   total 4992K, used 0K [0x04600000, 0x04b60000, 0x09b50000)
  eden space 4480K,   0% used [0x04600000, 0x04600000, 0x04a60000)
  from space 512K,   0% used [0x04a60000, 0x04a60000, 0x04ae0000)
  to   space 512K,   0% used [0x04ae0000, 0x04ae0000, 0x04b60000)
 tenured generation   total 10944K, used 776K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
   the space 10944K,   7% used [0x09b50000, 0x09c122f0, 0x09c12400, 0x0a600000)
 Metaspace       used 259K, capacity 2280K, committed 2368K, reserved 4480K
}
Heap
 def new generation   total 4992K, used 45K [0x04600000, 0x04b60000, 0x09b50000)
  eden space 4480K,   1% used [0x04600000, 0x0460b4a8, 0x04a60000)
  from space 512K,   0% used [0x04a60000, 0x04a60000, 0x04ae0000)
  to   space 512K,   0% used [0x04ae0000, 0x04ae0000, 0x04b60000)
 tenured generation   total 10944K, used 776K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
   the space 10944K,   7% used [0x09b50000, 0x09c122f0, 0x09c12400, 0x0a600000)
 Metaspace       used 259K, capacity 2280K, committed 2368K, reserved 4480K

 

測試環境：

　　JVM: Java HotSpot(TM) Client VM (25.60-b23, mixed mode, sharing)
　　Java: version 1.8.0_60, vendor Oracle Corporation

Step1:

　　監控界面，能夠直觀地看到JVM各個區域的內存使用情況。除了監視虛擬機，還可以監視應用的內存使用情況。嘗試對Eclipse的啟動進行優化，可以很明顯的看到eclipse啟動時，S0的對象向S1拷貝，而old區的使用量略微增加。

　　

　　還可以監控當前CPU和內存負載情況，類加載數量和線程數：

　　

　　

Step2：

　　eclipse安裝目錄下有個.ini文件，即eclipse的配置文件，將需要的參數配置填寫進去即可。啟動eclipse后，查看GC日志，發現整個啟動過程中共發生了27次GC，其中有3次Full GC，整個啟動過程，我掐指一算大概6~7秒，相當慢了。

　　通過參數-XX:NewSize=n 將Eden區重設為128m后，再次啟動eclipse發現，這次就只發生了11次GC，下降了一般還多，啟動速度也明顯比原來快了一些。

Step3：　　

　　接着使用-Xverify:none禁掉類加載時的字節碼驗證過程，GC次數為10次，現在啟動速度基本為3秒多左右，比原來快了一倍。

 

{Heap before GC invocations=10 (full 4):
 def new generation   total 36864K, used 35041K [0x04400000, 0x06bf0000, 0x0eea0000)
  eden space 32832K, 100% used [0x04400000, 0x06410000, 0x06410000)
  from space 4032K,  54% used [0x06410000, 0x06638570, 0x06800000)
  to   space 4032K,   0% used [0x06800000, 0x06800000, 0x06bf0000)
 tenured generation   total 57224K, used 40267K [0x0eea0000, 0x12682000, 0x24400000)
   the space 57224K,  70% used [0x0eea0000, 0x115f2ca0, 0x115f2e00, 0x12682000)
 Metaspace       used 31836K, capacity 33329K, committed 33408K, reserved 34176K
5.742: [GC (Allocation Failure) 5.742: [DefNew: 35041K->4031K(36864K), 0.0193873 secs] 75308K->46613K(94088K), 0.0194649 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs] 

 

　　然而這種調優粒度太粗，服務器上程序需要定位更精確的時間，所以需要更多參數來調試。

　　先寫到這里吧。　　

　　玄不救非，氪不改命。

 

Reference

　　1.http://timyang.net/java/java_gc_tunning/

　　2.ImportNew