「作者推荐!」JVM研究系列-虚拟机分析与调优技巧分析(回顾篇)

简介: 「作者推荐!」JVM研究系列-虚拟机分析与调优技巧分析(回顾篇)

JVM空间说明


  • 在JDK1.7及以前,HotSpot虚拟机将java类信息、常量池、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据,存储在Perm(永久带)里(对于其他虚拟机如BEA JRockit、IBM J9等是不存在永久带概念的),类的元数据和静态变量在类加载的时候被分配到Perm里,当常量池回收或者类被卸载的时候,垃圾收集器会回收这一部分内存,但效果不太理想。


image.png




  • JDK1.8时,HotSpot虚拟机对JVM模型进行了改造,将类元数据放到了本地内存中,将常量池和静态变量放到了Java堆里,HotSpot VM将会为类的元数据明确的分配与释放本地内存,在这种架构下,类元数据就突破了-XX:MaxPermSize的限制,所以此配置已经失效,现在可以使用更多的本地内存。这样一定程度上解决了原来在运行时生成大量的类,从而经常Full GC的问题——如运行时使用反射、代理等。



干货要点


可以发现最明显的一个变化是元空间从虚拟机转移到了本地内存。默认情况下,元数据空间大小仅受限于本地内存,这意味着以后不会因为永久代大小不够而抛出OOM异常了。


jdk1.8以前,HotSpot VM将class和类的jar包数据存储在PermGen里, PermGen大小是固定的,而且项目之间无法公用公有的class,所以很容易碰到OOM异常。改成MetaSpace后。


各个项目会共享同样的class空间。比如多个项目都引用了apache-common包,在MetaSpace中只会存储一份的apache-common的class,提高了内存的利用率,垃圾回收更有效。




Minor GC—复制算法具体过程:


  • 将Eden和S0中还存活着的对象一次性的复制到S1中,并且清理掉Eden与S0的空间。如果S1放不下还存活着的对象,那这些对象将通过分配担保机制进入老年代。【原理上随时保持S0和S1有一个是空的,用来存下一次的对象】
  • Eden区快满的时候,会进行上一步类似操作,将Eden和S1区的年纪大的对象放到S0区【此时S1区就是空的】
  • 直到Eden区快满,S0或者S1也快满的时候,这时候就把这两个区的年纪大的对象放到Old区。
  • 依次循环,直到Old区也快满的时候,Eden区也快满的时候,会对整个这一块内存区域进行一次大清洗(FullGC),腾出内存,为之后的对象创建,程序运行腾地方。

  • 新生代GC(Minor GC):指发生在新生代的垃圾回收动作,因为java对象大多具备朝生夕灭的特征,所以Minor GC发生的特别频繁,一般回收速度也很快。
  • 老年代GC(Major GC/Full GC):指发生在老年代的GC,出现了Major GC,至少会伴随一次的MinorGC(但非绝对,在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Minor GC的策略选择过程)。
  • Major GC的速度一般比Minor GC慢10倍以上。

升级JDK1.8之后,上面的perm配置已经变成

-XX:MetaspaceSize=512M XX:MaxMetaspaceSize=1024M
复制代码



MetaspaceSize如果不做配置,通过jinfo查看默认MetaspaceSize大小(约21M),MaxMetaspaceSize很大很大,前面说过MetaSpace只受本地内存大小限制。

结果为:-XX:MetaspaceSize=21807104
jinfo -flag MetaspaceSize 1234
结果为:-XX:MaxMetaspaceSize=18446744073709547520
jinfo -flag MaxMetaspaceSize 1234
复制代码



干货: MetaspaceSize为触发FullGC的阈值,默认约为21M,如做了配置,最小阈值为自定义配置大小。空间使用达到阈值,触发FullGC,同时对该值扩大。当然如果元空间实际使用小于阈值,在GC的时候也会对该值缩小。 MaxMetaspaceSize为元空间的最大值,如果设置太小,可能会导致频繁FullGC,甚至OOM。


-XX 参数被称为不稳定参数,之所以这么叫是因为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。




不稳定参数语法规则:


布尔类型参数值


  • -XX:+ '+'表示启用该选项
  • -XX:- '-'表示关闭该选项


数字类型参数值:


-XX:= 给选项设置一个数字类型值,可跟随单位,例如:'m’或’M’表示兆字节;'k’或’K’千字节;'g’或’G’千兆字节。32K与32768是相同大小的。


字符串类型参数值:


-XX:= 给选项设置一个字符串类型值,通常用于指定一个文件、路径或一系列命令列表。

-XX:HeapDumpPath=./dump.core
复制代码




JVM参数示例

-Xmx4g –Xms4g –Xmn1200m –Xss512k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:PermSize=100m -XX:MaxPermSize=256m -XX:MaxTenuringThreshold=15
复制代码



解析:


  • -Xmx4g:堆内存最大值为4GB。
  • -Xms4g:初始化堆内存大小为4GB 。
  • -Xmn1200m:设置年轻代大小为1200MB。增大年轻代后,将会减小年老代大小。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)与年老代的比值(除去持久代)。设置为4,则年轻代与年老代所占比值为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区与一个Eden区的比值为2:8,一个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,直接进入年老代。对于年老代比较多的应用,可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值,则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制,这样可以增加对象再年轻代的存活时间,增加在年轻代即被回收的概论。




JVM调优目标


何时需要做jvm调优?


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。 JVM调优原则


  1. 多数的Java应用不需要在服务器上进行JVM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. JVM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JVM参数更好;




JVM调优目标


  • GC低停顿;
  • GC低频率;
  • 低内存占用;
  • 高吞吐量;




JVM调优量化目标(示例):


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


注意:不同应用,其JVM调优量化目标是不一样的。



JVM调优经验


JVM调优经验总结


JVM调优的一般步骤为:


  • 第1步:分析GC日志及dump文件,判断是否需要优化,确定瓶颈问题点;
  • 第2步:确定JVM调优量化目标;
  • 第3步:确定JVM调优参数(根据历史JVM参数来调整);
  • 第4步:调优一台服务器,对比观察调优前后的差异;
  • 第5步:不断的分析和调整,直到找到合适的JVM参数配置;
  • 第6步: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。



JVM调优重要参数解析


注意:不同应用,其JVM最佳稳定参数配置是不一样的。


配置:


-server
-Xms12g -Xmx12g -XX:PermSize=500m -XX:MaxPermSize=1000m -Xmn2400m -XX:SurvivorRatio=1 -Xss512k -XX:MaxDirectMemorySize=1G
-XX:+DisableExplicitGC -XX:CompileThreshold=8000 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
-XX:+UseCompressedOops -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=60 -XX:ConcGCThreads=4
-XX:MaxTenuringThreshold=10 -XX:ParallelGCThreads=8
-XX:+ParallelRefProcEnabled -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+CMSParallelRemarkEnabled
-XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=500 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=4
XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/weblogic/gc/gc_$$.log
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重要参数(可调优)解析:

-Xms12g:初始化堆内存大小为12GB。
-Xmx12g:堆内存最大值为12GB 。
-Xmn2400m:新生代大小为2400MB,包括 Eden区与2个Survivor区。
-XX:SurvivorRatio=1:Eden区与一个Survivor区比值为1:1。
-XX:MaxDirectMemorySize=1G:直接内存。报java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory 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:MaxTenuringThreshold=10: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,直接进入年老代。对于年老代比较多的应用,可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值,则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制,这样可以增加对象再年轻代的存活时间,增加在年轻代即被回收的概论。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=4:指定进行多少次fullGC之后,进行tenured区 内存空间压缩。
-XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=500:当abortable-preclean预清理阶段执行达到这个时间时就会结束。
复制代码



触发Full GC的场景及应对策略


年轻代空间(包括 Eden 和 Survivor 区域)回收内存被称为 Minor GC,对老年代GC称为MajorGC,而Full GC是对整个堆来说的,在最近几个版本的JDK里默认包括了对永生带即方法区的回收(JDK8中无永生带了),出现Full GC的时候经常伴随至少一次的Minor GC,但非绝对的。


MajorGC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。



触发Full GC的场景及应对策略:


  1. System.gc()方法的调用,应对策略:通过-XX:+DisableExplicitGC来禁止调用System.gc ;
  2. 老年代代空间不足,应对策略:让对象在Minor GC阶段被回收,让对象在新生代多存活一段时间,不要创建过大的对象及数组;
  3. 永生区空间不足,应对策略:增大PermGen空间
  4. GC时出现promotionfailed和concurrent mode failure,应对策略:增大survivor space
  5. Minor GC后晋升到旧生代的对象大小大于老年代的剩余空间,应对策略:增大Tenured space 或下调CMSInitiatingOccupancyFraction=60
  6. 内存持续增涨达到上限导致Full GC  ,应对策略:通过dumpheap 分析是否存在内存泄漏




Gc日志分析工具


借助GCViewer日志分析工具,可以非常直观地分析出待调优点。


可从以下几方面来分析:


  1. Memory,分析Totalheap、Tenuredheap、Youngheap内存占用率及其他指标,理论上内存占用率越小越好;
  2. Pause  ,分析Gc pause、Fullgc pause、Total pause三个大项中各指标,理论上GC次数越少越好,GC时长越小越好;




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