JVM优化1

1、我们为什么要对jvm做优化？

在本地开发环境中我们很少会遇到需要对jvm进行优化的需求，但是到了生产环境，我们
可能将有下面的需求：

• 运行的应用“卡住了”，日志不输出，程序没有反应
• 服务器的CPU负载突然升高
• 在多线程应用下，如何分配线程的数量？
• .......
  我们将对jvm有更深入的学习，我们不仅要让程序能跑起来，而且是可以
  跑的更快！可以分析解决在生产环境中所遇到的各种“棘手”的问题。JDK版本为1.8

2、jvm的运行参数

在jvm中有很多的参数可以进行设置，这样可以让jvm在各种环境中都能够高效的运行。
绝大部分的参数保持默认即可。

2.1、三种参数类型

jvm的参数类型分为三类，分别是：

• 标准参数
  -help
  -version
• -X参数 （非标准参数）
  -Xint
  -Xcomp
• -XX参数（使用率较高）
  -XX:newSize
  -XX:+UseSerialGC

2.2、标准参数

jvm的标准参数，一般都是很稳定的，在未来的JVM版本中不会改变，可以使用java -help
检索出所有的标准参数。

[root@smile /]# java -help
用法: java [-options] class [args...]
           (执行类)
   或  java [-options] -jar jarfile [args...]
           (执行 jar 文件)
其中选项包括:
    -d32          使用 32 位数据模型 (如果可用)
    -d64          使用 64 位数据模型 (如果可用)
    -server       选择 "server" VM
                  默认 VM 是 server.

    -cp <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>
    -classpath <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>
                  用 : 分隔的目录, JAR 档案
                  和 ZIP 档案列表, 用于搜索类文件。
    -D<名称>=<值>
                  设置系统属性
    -verbose:[class|gc|jni]
                  启用详细输出
    -version      输出产品版本并退出
    -version:<值>
                  警告: 此功能已过时, 将在
                  未来发行版中删除。
                  需要指定的版本才能运行
    -showversion  输出产品版本并继续
    -jre-restrict-search | -no-jre-restrict-search
                  警告: 此功能已过时, 将在
                  未来发行版中删除。
                  在版本搜索中包括/排除用户专用 JRE
    -? -help      输出此帮助消息
    -X            输出非标准选项的帮助
    -ea[:<packagename>...|:<classname>]
    -enableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  按指定的粒度启用断言
    -da[:<packagename>...|:<classname>]
    -disableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  禁用具有指定粒度的断言
    -esa | -enablesystemassertions
                  启用系统断言
    -dsa | -disablesystemassertions
                  禁用系统断言
    -agentlib:<libname>[=<选项>]
                  加载本机代理库 <libname>, 例如 -agentlib:hprof
                  另请参阅 -agentlib:jdwp=help 和 -agentlib:hprof=help
    -agentpath:<pathname>[=<选项>]
                  按完整路径名加载本机代理库
    -javaagent:<jarpath>[=<选项>]
                  加载 Java 编程语言代理, 请参阅 java.lang.instrument
    -splash:<imagepath>

2.2.1、实战

实战1：查看jvm版本

[root@smile /]# java -version
openjdk version "1.8.0_191"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_191-b12)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)
# ‐showversion参数是表示，先打印版本信息，再执行后面的命令，在调试时非常有用，
后面会使用到。

实战2：通过-D设置系统属性参数

public class TestJVM {

    public static void main(String[] args) {
        String str = System.getProperty("str");
        if(str==null){
            System.out.println("null");
        } else {
            System.out.println(str);
        }
            
        }

    }

进行编译、测试：

#编译
[root@node01 test]# javac TestJVM.java
#测试
[root@node01 test]# java TestJVM
null
[root@node01 test]# java ‐Dstr=123 TestJVM
123

2.2.2、-server与-client参数

可以通过-server或-client设置jvm的运行参数。

• 它们的区别是Server VM的初始堆空间会大一些，默认使用的是并行垃圾回收器，启动慢运行快。

• Client VM相对来讲会保守一些，初始堆空间会小一些，使用串行的垃圾回收器，它的目标是为了让JVM的启动速度更快，但运行速度会比Serverm模式慢些。

• JVM在启动的时候会根据硬件和操作系统自动选择使用Server还是Client类型的JVM。

• 32位操作系统
  如果是Windows系统，不论硬件配置如何，都默认使用Client类型的JVM。
  如果是其他操作系统上，机器配置有2GB以上的内存同时有2个以上CPU的话默认使用server模式，否则使用client模式。

• 64位操作系统
  只有server类型，不支持client类型。
  测试：

[root@smile test]# java -client -showversion TestJVM
java version "1.8.0_201"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_201-b09)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.201-b09, mixed mode)

null
[root@smile test]# java -server -showversion TestJVM
java version "1.8.0_201"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_201-b09)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.201-b09, mixed mode)

null
[root@smile test]# 
#由于机器是64位系统，所以不支持client模式

2.3、-X参数

jvm的-X参数是非标准参数，在不同版本的jvm中，参数可能会有所不同，可以通过java -X查看非标准参数。

[root@smile test]# java -X
    -Xmixed           混合模式执行 (默认)
    -Xint             仅解释模式执行
    -Xbootclasspath:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      设置搜索路径以引导类和资源
    -Xbootclasspath/a:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      附加在引导类路径末尾
    -Xbootclasspath/p:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      置于引导类路径之前
    -Xdiag            显示附加诊断消息
    -Xnoclassgc       禁用类垃圾收集
    -Xincgc           启用增量垃圾收集
    -Xloggc:<file>    将 GC 状态记录在文件中 (带时间戳)
    -Xbatch           禁用后台编译
    -Xms<size>        设置初始 Java 堆大小
    -Xmx<size>        设置最大 Java 堆大小
    -Xss<size>        设置 Java 线程堆栈大小
    -Xprof            输出 cpu 配置文件数据
    -Xfuture          启用最严格的检查, 预期将来的默认值
    -Xrs              减少 Java/VM 对操作系统信号的使用 (请参阅文档)
    -Xcheck:jni       对 JNI 函数执行其他检查
    -Xshare:off       不尝试使用共享类数据
    -Xshare:auto      在可能的情况下使用共享类数据 (默认)
    -Xshare:on        要求使用共享类数据, 否则将失败。
    -XshowSettings    显示所有设置并继续
    -XshowSettings:all
                      显示所有设置并继续
    -XshowSettings:vm 显示所有与 vm 相关的设置并继续
    -XshowSettings:properties
                      显示所有属性设置并继续
    -XshowSettings:locale
                      显示所有与区域设置相关的设置并继续

-X 选项是非标准选项, 如有更改, 恕不另行通知。

2.3.1、-Xint、-Xcomp、-Xmixed

• 在解释模式(interpreted mode)下，-Xint标记会强制JVM执行所有的字节码，当然这会降低运行速度，通常低10倍或更多。

• -Xcomp参数与它（-Xint）正好相反，JVM在第一次使用时会把所有的字节码编译成本地代码，从而带来最大程度的优化。
  然而，很多应用在使用-Xcomp也会有一些性能损失，当然这比使用-Xint损失的少，原因是-xcomp没有让JVM启用JIT编译器的全部功能。JIT编译器可以对是否需要编译做判断，如果所有代码都进行编译的话，对于一些只执行一次的代码就没有意义了。

• -Xmixed是混合模式，将解释模式与编译模式进行混合使用，由jvm自己决定，这是jvm默认的模式，也是推荐使用的模式。

#强制设置为解释模式
[root@node01 test]# java ‐showversion ‐Xint TestJVM
  java version "1.8.0_141"
  Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_141‐b15)
  Java HotSpot(TM) 64‐Bit Server VM (build 25.141‐b15, interpreted mode)
  null
#强制设置为编译模式
[root@node01 test]# java ‐showversion ‐Xcomp TestJVM
  java version "1.8.0_141"
  Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_141‐b15)
  Java HotSpot(TM) 64‐Bit Server VM (build 25.141‐b15, compiled mode)
  null
#注意：编译模式下，第一次执行会比解释模式下执行慢一些，注意观察。
#默认的混合模式
[root@node01 test]# java ‐showversion TestJVM
  java version "1.8.0_141"
  Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_141‐b15)
  Java HotSpot(TM) 64‐Bit Server VM (build 25.141‐b15, mixed mode)
  null

2.4、-XX参数

-XX参数也是非标准参数，主要用于jvm的调优和debug操作。
-XX参数的使用有2种方式，一种是boolean类型，一种是非boolean类型：

• boolean类型
  格式：-XX:[+-]
  如：-XX:+DisableExplicitGC 表示禁用手动调用gc操作，也就是说调用 System.gc()无效

• 非boolean类型
  格式：-XX:
  如：-XX:NewRatio=1 表示新生代和老年代的比值
  用法：

[root@node01 test]# java ‐showversion ‐XX:+DisableExplicitGC TestJVM
  java version "1.8.0_141"
  Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_141‐b15)
  Java HotSpot(TM) 64‐Bit Server VM (build 25.141‐b15, mixed mode)
  null

2.5、-Xms与-Xmx参数

属于-XX参数
-Xms与-Xmx分别是设置jvm的堆内存的初始大小和最大大小。
-Xmx2048m：等价于-XX:MaxHeapSize，设置JVM最大堆内存为2048M。
-Xms512m：等价于-XX:InitialHeapSize，设置JVM初始堆内存为512M。
适当的调整jvm的内存大小，可以充分利用服务器资源，让程序跑的更快。
示例：

[root@smile test]# java -Xms64m -Xmx128m TestJVM
null

2.6、查看jvm的运行参数

有些时候我们需要查看jvm的运行参数，这个需求可能会存在2种情况：
第一，运行java命令时打印出运行参数；
第二，查看正在运行的java进程的参数；

2.6.1、运行java命令时打印参数

运行java命令时打印参数，需要添加-XX:+PrintFlagsFinal参数即可。

[root@node01 test]# java ‐XX:+PrintFlagsFinal ‐version
[Global flags]
uintx AdaptiveSizeDecrementScaleFactor = 4
{product}
uintx AdaptiveSizeMajorGCDecayTimeScale = 10
{product}
uintx AdaptiveSizePausePolicy = 0
{product}
uintx AdaptiveSizePolicyCollectionCostMargin = 50
{product}
uintx AdaptiveSizePolicyInitializingSteps = 20
{product}
uintx AdaptiveSizePolicyOutputInterval = 0
{product}
uintx AdaptiveSizePolicyWeight = 10
{product}
…………………………略…………………………………………

由上述的信息可以看出，参数有boolean类型和数字类型，值的操作符是=或:=，分别代表默认值和被修改的值。
示例：

java ‐XX:+PrintFlagsFinal ‐XX:+VerifySharedSpaces ‐version
intx ValueMapInitialSize = 11
{C1 product}
intx ValueMapMaxLoopSize = 8
{C1 product}
intx ValueSearchLimit = 1000
{C2 product}
bool VerifyMergedCPBytecodes = true
{product}
bool VerifySharedSpaces := true
{product}
intx WorkAroundNPTLTimedWaitHang = 1
{product}
uintx YoungGenerationSizeIncrement = 20
{product}
uintx YoungGenerationSizeSupplement = 80
{product}
uintx YoungGenerationSizeSupplementDecay = 8
{product}
uintx YoungPLABSize = 4096
{product}
bool ZeroTLAB = false
{product}
intx hashCode = 5
{product}
java version "1.8.0_141"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_141‐b15)
Java HotSpot(TM) 64‐Bit Server VM (build 25.141‐b15, mixed mode)
#可以看到VerifySharedSpaces这个参数已经被修改了。

2.6.2、查看正在运行的jvm参数

如果想要查看正在运行的jvm就需要借助于jinfo命令查看。
首先，启动一个tomcat用于测试，来观察下运行的jvm参数

#查看所有的参数，用法：jinfo ‐flags <进程id>
#通过jps 或者 jps ‐l 查看java进程
[root@node01 bin]# jps
6346 Jps
6219 Bootstrap
[root@node01 bin]# jps ‐l
6358 sun.tools.jps.Jps
6219 org.apache.catalina.startup.Bootstrap
[root@node01 bin]#
[root@node01 bin]# jinfo ‐flags 6219
Attaching to process ID 6219, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.141‐b15
Non‐default VM flags: ‐XX:CICompilerCount=2 ‐XX:InitialHeapSize=31457280
‐XX:MaxHeapSize=488636416 ‐XX:MaxNewSize=162529280 ‐
XX:MinHeapDeltaBytes=524288 ‐XX:NewSize=10485760 ‐XX:OldSize=20971520 ‐
XX:+UseCompressedClassPointers ‐XX:+UseCompressedOops ‐
XX:+UseFastUnorderedTimeStamps ‐XX:+UseParallelGC
Command line: ‐Djava.util.logging.config.file=/tmp/apache‐tomcat‐
7.0.57/conf/logging.properties ‐
Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager ‐
Djava.endorsed.dirs=/tmp/apache‐tomcat‐7.0.57/endorsed ‐
Dcatalina.base=/tmp/apache‐tomcat‐7.0.57 ‐Dcatalina.home=/tmp/apache‐
tomcat‐7.0.57 ‐Djava.io.tmpdir=/tmp/apache‐tomcat‐7.0.57/temp
#查看某一参数的值，用法：jinfo ‐flag <参数名> <进程id>
[root@node01 bin]# jinfo ‐flag MaxHeapSize 6219
‐XX:MaxHeapSize=488636416

3、jvm的内存模型

3.1、jdk1.7的堆内存模型

image.png

• Young 年轻区（代）
  Young区被划分为三部分，Eden区和两个大小严格相同的Survivor区，其中，
  Survivor区间中，某一时刻只有其中一个是被使用的，另外一个留做垃圾收集时复制
  对象用，在Eden区间变满的时候， GC就会将存活的对象移到空闲的Survivor区间
  中，根据JVM的策略，在经过几次垃圾收集后，任然存活于Survivor的对象将被移动
  到Tenured区间。

• Tenured 年老区
  Tenured区主要保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象，当一些对象在Young
  复制转移一定的次数以后，对象就会被转移到Tenured区，一般如果系统中用了
  application级别的缓存，缓存中的对象往往会被转移到这一区间。

• Perm 永久区
  Perm代主要保存class,method,filed对象，这部份的空间一般不会溢出，除非一次性
  加载了很多的类，不过在涉及到热部署的应用服务器的时候，有时候会遇到
  java.lang.OutOfMemoryError : PermGen space 的错误，造成这个错误的很大原因
  就有可能是每次都重新部署，但是重新部署后，类的class没有被卸载掉，这样就造
  成了大量的class对象保存在了perm中，这种情况下，一般重新启动应用服务器可以
  解决问题。

• Virtual区：
  最大内存和初始内存的差值，就是Virtual区。

3.2、jdk1.8的堆内存模型

image.png

由上图可以看出，jdk1.8的内存模型是由2部分组成，年轻代 + 年老代。
年轻代：Eden + 2*Survivor
年老代：OldGen
在jdk1.8中变化最大的Perm区，用Metaspace（元数据空间）进行了替换。
需要特别说明的是：Metaspace所占用的内存空间不是在虚拟机内部，而是在本地内存
空间中，这也是与1.7的永久代最大的区别所在。

3.3、为什么要废弃1.7中的永久区？

This is part of the JRockit and Hotspot convergence effort. JRockit
customers do not need to configure the permanent generation (since JRockit
does not have a permanent generation) and are accustomed to not
configuring the permanent generation.
移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，
不需要配置永久代。

现实使用中，由于永久代内存经常不够用或发生内存泄露，爆出异常
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen。
基于此，将永久区废弃，而改用元空间，改为了使用本地内存空间