内容简介
本文主要针对于综合层面上进行分析JVM优化方案总结和列举调优参数计划。主要包含：
- 调优之逃逸分析（栈上分配）
- 调优之线程局部缓存（TLAB）
- 调优之G1回收器
栈上分配与逃逸分析
-XX:+DoEscapeAnalysis
逃逸分析(Escape Analysis)
逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，称为方法逃逸。
方法逃逸的几种方式如下：
java
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public class EscapeTest { public static Object obj; // 给全局变量赋值，发生逃逸 public void globalVariableEscape() { obj = new Object(); } // 方法返回值，发生逃逸 public Object methodEscape() { return new Object(); } // 实例引用发生逃逸 public void instanceEscape() { test(this); } }
栈上分配
栈上分配是Java虚拟机提供的一种优化技术
基本思想
"对于那些线程私有的对象（指的是不可能被其他线程访问的对象），可以将它们直接分配在栈上，而不是分配在堆上"。
分配在栈上的好处：可以在函数调用结束后自行销毁，而不需要垃圾回收器的介入，减轻GC压力，从而提升系统的性能。
使用场景
线程私有对象
- 受虚拟机栈空间的约束，适用小对象，大对象无法触发虚拟机栈上分配。
- 线程私有变量，大对象虚拟机会分配到TLAB中，TLAB（Thread Local Allocation Buffer）
- 在栈上分配该对象的内存,当栈帧从Java虚拟机栈中弹出，就自动销毁这个对象。减小垃圾回收器压力。
虚拟机内存逻辑图
JVM内存分配源码：
new关键字直接进行分配内存机制，源码如下：
java
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CASE(_new): { u2 index = Bytes::get_Java_u2(pc+1); ConstantPool* constants = istate->method()->constants(); // 如果目标Java类已经解析 if (!constants->tag_at(index).is_unresolved_klass()) { // Make sure klass is initialized and doesn't have a finalizer Klass* entry = constants->slot_at(index).get_klass(); assert(entry->is_klass(), "Should be resolved klass"); Klass* k_entry = (Klass*) entry; assert(k_entry->oop_is_instance(), "Should be InstanceKlass"); InstanceKlass* ik = (InstanceKlass*) k_entry; // 如果符合快速分配场景 if ( ik->is_initialized() && ik->can_be_fastpath_allocated() ) { size_t obj_size = ik->size_helper(); oop result = NULL; // If the TLAB isn't pre-zeroed then we'll have to do it bool need_zero = !ZeroTLAB; if (UseTLAB) { result = (oop) THREAD->tlab().allocate(obj_size); } // 如果TLAB分配失败，就在Eden区分配 if (result == NULL) { need_zero = true; // Try allocate in shared eden retry: // 指针碰撞分配 HeapWord* compare_to = *Universe::heap()->top_addr(); HeapWord* new_top = compare_to + obj_size; if (new_top <= *Universe::heap()->end_addr()) { if (Atomic::cmpxchg_ptr(new_top, Universe::heap()->top_addr(), compare_to) != compare_to) { goto retry; } result = (oop) compare_to; } } if (result != NULL) { // Initialize object (if nonzero size and need) and then the header // TLAB区清零 if (need_zero ) { HeapWord* to_zero = (HeapWord*) result + sizeof(oopDesc) / oopSize; obj_size -= sizeof(oopDesc) / oopSize; if (obj_size > 0 ) { memset(to_zero, 0, obj_size * HeapWordSize); } } if (UseBiasedLocking) { result->set_mark(ik->prototype_header()); } else { result->set_mark(markOopDesc::prototype()); } result->set_klass_gap(0); result->set_klass(k_entry); // 将对象地址压入操作数栈栈顶 SET_STACK_OBJECT(result, 0); // 更新程序计数器PC，取下一条字节码指令，继续处理 UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUE(3, 1); } } } // Slow case allocation // 慢分配 CALL_VM(InterpreterRuntime::_new(THREAD, METHOD->constants(), index), handle_exception); SET_STACK_OBJECT(THREAD->vm_result(), 0); THREAD->set_vm_result(NULL); UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUE(3, 1); }
代码总体逻辑
JVM再分配内存时，总是优先使用快分配策略，当快分配失败时，才会启用慢分配策略。
- 如果Java类没有被解析过，直接进入慢分配逻辑。
- 快速分配策略，如果没有开启栈上分配或者不符合条件则会进行TLAB分配。
- 快速分配策略，如果TLAB分配失败，则尝试Eden区分配。
- 如果Eden区分配失败，则进入慢分配策略。
- 如果对象满足直接进入老年代的条件，那就直接进入老年代分配。
- 快速分配，对于热点代码，如果开启逃逸分析，JVM自会执行栈上分配或者标量替换等优化方案。
在某些场景使用栈上分配
设置JVM运行参数：
-Xmx10m -Xms10m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-UseTLAB -XX:+PrintGC
开启逃逸模式，关闭TLAB
java
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/** * @description 开启逃逸模式，关闭线程本地缓存模式（TLAB）（jdk1.8默认开启） * -Xmx10m -Xms10m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-UseTLAB -XX:+PrintGC */ public class AllocationOnStack { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); for (int index = 0; index < 100000000; index++) { allocate(); } long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println((end - start)+" ms"); Thread.sleep(1000*1000); // 看后台堆情况，来佐证关闭逃逸优化后，是走的堆分配。 } public static void allocate() { byte[] bytes = new byte[2]; bytes[0] = 1; bytes[1] = 1; } }
运行结果
csharp
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[GC (Allocation Failure) 2048K->520K(9728K), 0.0008938 secs] [GC (Allocation Failure) 2568K->520K(9728K), 0.0006386 secs] 6 ms
jstat -gc pid
查看内存使用情况：
结论
看出栈上分配机制的速度非常快，只需要6ms就完成了实现GC
调整JVM运行参数
关闭逃逸模式，开启TLAB
-Xmx10m -Xms10m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+UseTLAB -XX:+PrintGC
查看内存使用情况：
运行结果
csharp
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[GC (Allocation Failure) 2048K->504K(9728K), 0.0013831 secs] [GC (Allocation Failure) 2552K->512K(9728K), 0.0010576 secs] [GC (Allocation Failure) 2560K->400K(9728K), 0.0022408 secs] [GC (Allocation Failure) 2448K->448K(9728K), 0.0006095 secs] [GC (Allocation Failure) 2496K->416K(9728K), 0.0010540 secs] [GC (Allocation Failure) 2464K->464K(8704K), 0.0007620 secs] [GC (Allocation Failure) 1488K->381K(9216K), 0.0007714 secs] [GC (Allocation Failure) 1405K->381K(9216K), 0.0004409 secs] [GC (Allocation Failure) 1405K->381K(9216K), 0.0004725 secs] ....... [GC (Allocation Failure) 2429K->381K(9728K), 0.0008293 secs] [GC (Allocation Failure) 2429K->381K(9728K), 0.0009006 secs] [GC (Allocation Failure) 2429K->381K(9728K), 0.0005553 secs] [GC (Allocation Failure) 2429K->381K(9728K), 0.0005077 secs] 894 ms
结论
可以看出来，关闭了栈上分配后，不但YGC次数增加了，并且总体事件也变长了，总体事件894ms
调整JVM运行参数
-Xmx10m -Xms10m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:-UseTLAB -XX:+PrintGC
关闭逃逸，关闭TLAB
运行结果
csharp
复制代码
[GC (Allocation Failure) 2048K->472K(9728K), 0.0007073 secs] [GC (Allocation Failure) 2520K->528K(9728K), 0.0009216 secs] [GC (Allocation Failure) 2576K->504K(9728K), 0.0005897 secs] [GC (Allocation Failure) 2551K->424K(9728K), 0.0005780 secs] [GC (Allocation Failure) 2472K->440K(9728K), 0.0006923 secs] [GC (Allocation Failure) 2488K->456K(8704K), 0.0006277 secs] [GC (Allocation Failure) 1480K->389K(9216K), 0.0005560 secs] ....... [GC (Allocation Failure) 2437K->389K(9728K), 0.0003227 secs] [GC (Allocation Failure) 2437K->389K(9728K), 0.0004264 secs] [GC (Allocation Failure) 2437K->389K(9728K), 0.0004396 secs] [GC (Allocation Failure) 2437K->389K(9728K), 0.0002773 secs] [GC (Allocation Failure) 2437K->389K(9728K), 0.0002766 secs] 1718 ms
查看内存使用情况：
运行结果对比
- 运行耗时（开启逃逸 VS关闭逃逸(开启TLAB)VS关闭逃逸(关闭TLAB))： 6ms VS 894ms VS 1718ms
- 虚拟机内存&回收（开启逃逸VS关闭逃逸）：
调整分配空间大小
java
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/** * @since 2019/8/13 上午6:55 * -Xmx10m -Xms10m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+UseTLAB -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC */ public class AllocationOnStack { private static final int _1B = 65; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long start = System.currentTimeMillis(); for (int index = 0; index < 100000000; index++) { allocateBigSpace(); } long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - start); Thread.sleep(1000*1000); // 看后台堆情况，来佐证关闭逃逸优化后，是走的堆分配。 } public static void allocate() { byte[] bytes = new byte[2]; bytes[0] = 1; bytes[1] = 1; } public static void allocateBigSpace() { byte[] allocation1; allocation1 = new byte[1 * _1B]; } }
【JVM故障问题排查心得】「Java技术体系方向」Java虚拟机内存优化之虚拟机参数调优原理介绍（二）https://developer.aliyun.com/article/1471127
