詳解Java虛擬機(jī)是如何進(jìn)行調(diào)優(yōu)的

Java 虛擬機(jī)（JVM）的存在，才使得 Java 能夠在各個平臺運(yùn)行，具備跨平臺的特性。Java 既然是在 JVM 中編譯執(zhí)行的，那么有沒有方法優(yōu)化 JVM，使得 Java 的運(yùn)行效率再次提升呢？下面，我將和大家分享關(guān)于 JVM 的調(diào)優(yōu)方法的介紹。

JVM常用命令行參數(shù)

1. 查看參數(shù)列表

虛擬機(jī)參數(shù)分為基本和擴(kuò)展兩類，在命令行中輸入 JAVA_HOMEinjava就可得到基本參數(shù)列表。
在命令行輸入 JAVA_HOMEinjava –X就可得到擴(kuò)展參數(shù)列表。

2. 基本參數(shù)說明：

• -client，-server： 兩種Java虛擬機(jī)啟動方式，client模式啟動比較快，但是性能和內(nèi)存管理相對較差，server模式啟動比較慢，但是運(yùn)行性能比較高，windos上采用的是client模式，Linux采用server模式
• -classpath -cp： 虛擬機(jī)在運(yùn)行一個類的時候，需要將其轉(zhuǎn)入內(nèi)存中，虛擬機(jī)搜索類的方式和順序：Bootstrap classes、Extension classes、User classes。
• Bootstrap 中的路徑是虛擬機(jī)自帶的 jar 或 zip 文件，虛擬機(jī)首先搜索這些包文件，用System.getProperty(“sun.boot.class.path”)可得到虛擬機(jī)搜索的包名。
• Extension 是位于 jrelibext 目錄下的 jar 文件，虛擬機(jī)在搜索完 Bootstrap 后就搜索該目錄下的 jar 文件。用 System. getProperty("java.ext.dirs”)可得到虛擬機(jī)使用
• Extension 搜索路徑。
• User classes 搜索順序?yàn)楫?dāng)前目錄、環(huán)境變量 CLASSPATH、-classpath。
• -classpath： 告訴虛擬機(jī)搜索目錄名、jar文檔名、zip文檔名
• -verbose[:class|gc|jni]： 在輸出設(shè)備上顯示虛擬機(jī)運(yùn)行信息
• -verbose:class 輸出虛擬機(jī)裝入的類的信息
• -verbose:gc 在虛擬機(jī)發(fā)生內(nèi)存回收時輸出設(shè)備信息，用來監(jiān)視虛擬機(jī)內(nèi)存回收的情況
• -verbose:jni 虛擬機(jī)調(diào)用native方法時輸出設(shè)置顯示信息，用來監(jiān)視虛擬機(jī)調(diào)用本地方法的情況
• -version：顯示可運(yùn)行的虛擬機(jī)版本信息
• -showversion：顯示版本信息以及幫助信息

3. 擴(kuò)展參數(shù)說明：

• -Xmixed： 設(shè)置 -client 模式虛擬機(jī)對使用頻率高的方式進(jìn)行 Just-In-Time 編譯和執(zhí)行，對其他方法使用解釋方式執(zhí)行，該方式是虛擬機(jī)缺省模式
• -Xint： 設(shè)置-client模式下運(yùn)行的虛擬機(jī)以解釋方式執(zhí)行類的字節(jié)碼，不將字節(jié)碼編譯為本機(jī)碼，有可能會損失性能
• -Xbootclasspath:path、-Xbootclasspath/a:path、-Xbootclasspath/p:path： 改變虛擬機(jī)裝載系統(tǒng)運(yùn)行包 rt.jar，而從-Xbootclasspath 中設(shè)定的搜索路徑中裝載系統(tǒng)運(yùn)行類。除非你自己能寫一個運(yùn)行時，否則不會用到該參數(shù)。
• /a:將在缺省搜索路徑后加上 path 中的搜索路徑。
• /p:在缺省搜索路徑前先搜索 path 中的搜索路徑。
• -Xnoclassgc： 關(guān)閉虛擬機(jī)對 class 的垃圾回收功能，有可能會導(dǎo)致OutOfMemoryError
• -Xincgc： 啟動增量垃圾收集器，缺省是關(guān)閉的，增量垃圾收集器能減少偶然發(fā)生的長時間的垃圾回收造成的暫停時間，但增量垃圾收集器和應(yīng)用程序并發(fā)執(zhí)行，會占用部分CPU在應(yīng)用程序上的功能
• -Xloggc:file： 將虛擬機(jī)每次垃圾回收的信息寫到日志文件中，文件名由file指定，文件格式是平文件，內(nèi)容和-verbose:gc 輸出內(nèi)容相同
• -Xms20M： 設(shè)置虛擬機(jī)可用內(nèi)存堆的初始大小為20M，大小為1024的整數(shù)倍并且要大于1MB，可用K或者M(jìn)為單位來設(shè)置較大內(nèi)存數(shù)，初始堆大小為2MB，例如：-Xms256M
• -Xmx20M： 設(shè)置虛擬機(jī)內(nèi)存堆的最大可用大小，該值必須為1024的整數(shù)倍，并且要大于2MB，可用K或者M(jìn)為單位來設(shè)置較大的內(nèi)存數(shù)，例如：-Xmx81920K，-Xmx80M，當(dāng)應(yīng)用程序申請了大內(nèi)存運(yùn)行時虛擬機(jī)拋出 java.lang.OutOfMemoryError，就需要使用-Xmx來設(shè)置了
• -Xss128K： 設(shè)置線程棧的大小，和-Xmx類似，可以用K或M來設(shè)置較大的值，也可以在Java中創(chuàng)建線程對象時設(shè)置棧的大小
• -Xoss128k： 設(shè)置本地方法棧的大小為128K，不過HotSpot不區(qū)分虛擬機(jī)棧和本地方法棧，所以這個參數(shù)對于HotSpot是無效的
• -XX:PermSize=10M： 表示JVM初始分配的永久代的容量，必須以M為單位
• -XX:MaxPermSize=10M： 表示JVM允許分配的永久代的最大容量，必須以M為單位，大部分情況下這個參數(shù)默認(rèn)為64M
• -XX:NewRatio=4： 表示設(shè)置年輕代：老年代的大小比值為1：4，這意味著年輕代占整個堆的1/5
• -XX:SurvivorRatio=8： 表示設(shè)置2個Survivor區(qū)：1個Eden區(qū)的大小比值為2:8，這意味著Survivor區(qū)占整個年輕代的1/5，這個參數(shù)默認(rèn)為8
• -Xmn20M： 表示設(shè)置年輕代的大小為20M
• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError： 表示可以讓虛擬機(jī)在出現(xiàn)內(nèi)存溢出異常時Dump出當(dāng)前的堆內(nèi)存轉(zhuǎn)儲快照
• -XX:+UseG1GC： 表示讓JVM使用G1垃圾收集器
• -XX:+PrintGCDetails： 表示在控制臺上打印出GC具體細(xì)節(jié)
• -XX:+PrintGC： 表示在控制臺上打印出GC信息
• -XX:PretenureSizeThreshold=3145728 表示對象大于3145728（3M）時直接進(jìn)入老年代分配，這里只能以字節(jié)作為單位
• -XX:MaxTenuringThreshold=1： 表示對象年齡大于1，自動進(jìn)入老年代

虛擬機(jī)參數(shù)分類

標(biāo)準(zhǔn)： - 開頭，所有的HotSpot都支持
非標(biāo)準(zhǔn)：-X 開頭，特定版本HotSpot支持特定命令
不穩(wěn)定：-XX 開頭，下個版本可能取消

例如：java -version、java -X

import java.util.List;
import java.util.LinkedList;

public class HelloGC {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("HelloGC!");
    List list = new LinkedList();
    for(;;) {
      byte[] b = new byte[1024*1024];
      list.add(b);
    }
  }
}

• 區(qū)分概念：內(nèi)存泄漏memory leak，內(nèi)存溢出out of memory
• java -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC
• java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC HelloGC
• PrintGCDetails PrintGCTimeStamps PrintGCCauses
• java -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC
• java -XX:+PrintFlagsInitial 默認(rèn)參數(shù)值
• java -XX:+PrintFlagsFinal 最終參數(shù)值
• java -XX:+PrintFlagsFinal | grep xxx 找到對應(yīng)的參數(shù)
• java -XX:+PrintFlagsFinal -version |grep GC

調(diào)優(yōu)前的基礎(chǔ)概念

1. 吞吐量： 用戶代碼時間 /（用戶代碼執(zhí)行時間 + 垃圾回收時間）
2. 響應(yīng)時間： STW（Stop The World）越短，響應(yīng)時間越好

所謂的調(diào)優(yōu)，首先自己要明確，想要的是什么，是吞吐量還是響應(yīng)時間，還是在滿足一定的響應(yīng)時間的情況下，要求達(dá)到多大的吞吐量，一般來說根據(jù)業(yè)務(wù)類型去選擇對應(yīng)的調(diào)優(yōu)方式，比如網(wǎng)站需要的是響應(yīng)時間優(yōu)先，JDK1.8盡量選G1，那如果是數(shù)據(jù)挖掘的需要使用的是吞吐量。

什么是調(diào)優(yōu)

在沒有接觸過調(diào)優(yōu)之前我們理解的JVM調(diào)優(yōu)就是解決OOM問題，OOM只是JVM調(diào)優(yōu)的一部分

一般是根據(jù)需求進(jìn)行JVM規(guī)劃和預(yù)調(diào)優(yōu)優(yōu)化運(yùn)行JVM運(yùn)行環(huán)境（慢，卡頓）解決JVM運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種問題(OOM)

首先的話，調(diào)優(yōu)是從業(yè)務(wù)場景開始的，如果沒有業(yè)務(wù)場景的JVM調(diào)優(yōu)都是不靠譜的，比如有時間在實(shí)際項(xiàng)目中，有很多個類，成千上萬個代碼，你怎么知道具體是哪個代碼有問題，就算我們知道有段代碼頻繁的full gc，但是可能過一段時間就OOM了。

1.調(diào)優(yōu)步驟：

• 熟悉業(yè)務(wù)場景，選定垃圾回收器（沒有最好的垃圾回收器，只有最合適的垃圾回收器）
• 響應(yīng)時間、停頓時間 [CMS G1 ZGC] （需要給用戶作響應(yīng)）吞吐量 = 用戶時間 /( 用戶時間 + GC時間) [PS]
• 選擇回收器組合
• 計(jì)算內(nèi)存需求（設(shè)置內(nèi)存大小 1.5G 16G）
• 選定CPU：越高越好
• 設(shè)定年代大小、升級年齡
• 設(shè)定日志參數(shù)

-Xloggc:/opt/xxx/logs/xxx-xxx-gc-%t.log -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=5 -XX:GCLogFileSize=20M -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCCause或者每天產(chǎn)生一個日志文件

在生產(chǎn)環(huán)境中日志文件，后面日志名字，按照系統(tǒng)時間產(chǎn)生，循環(huán)產(chǎn)生，日志個數(shù)五個，每個大小20M，這樣的好處在于整體大小100M，能 控制整體文件大小

觀察日志情況

2.調(diào)優(yōu)案例

2.1案例一

垂直電商，最高每日百萬訂單，處理訂單系統(tǒng)需要什么樣的服務(wù)器配置

這個問題比較雞肋，因?yàn)楹芏嗖煌姆?wù)器配置都能夠支撐

比如有一百萬個訂單，每個小時不會產(chǎn)生很高的并發(fā)量，我們尋找高峰時間，做一個假設(shè)100W訂單有72W訂單在高峰期產(chǎn)生，比如一個小時平均36W訂單，所以我們內(nèi)存選擇大小是按照巔峰時間選擇的，很多時間我們可能就是去做壓測，實(shí)在不行就添加CPU和內(nèi)存

2.2案例二

12306遭遇春節(jié)大規(guī)模搶票應(yīng)該如何支撐

訂單信息每天固定，可以丟到緩存中，不同的業(yè)務(wù)邏輯有不同的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，12306應(yīng)該是中國并發(fā)量最大的秒殺網(wǎng)站，號稱并發(fā)100W，就是說每秒進(jìn)行百萬次的業(yè)務(wù)邏輯的處理，估計(jì)淘寶一年最高的是54W并發(fā)。

如果解決這個問題呢，看下面所示：

CDN -》 LVS -》 NGINX -》 業(yè)務(wù)系統(tǒng) -》每臺機(jī)器1W并發(fā)

普通電商的下單流程一般是：

訂單 -》下單-》 訂單系統(tǒng)減庫存 -》 等待用戶付款

這個事務(wù)如果同步的方式完成，TPS是支撐不了多長時間的

但是在12306里面的模型是

下單-》 減庫存和訂單同時異步進(jìn)行 -》 等待付款

異步是當(dāng)你下完訂單之后，它一個線程去減庫存，另外一個線程直接把你下單的信息扔到kafka或者redis里面直接返回OK，你下單成功后等待你付款，什么時候你付款完成后面那些個訂單處理線程就會去里面拿數(shù)據(jù)，這個處理完了就會持久化到Hbase或者是mysql，一般大流量的處理方法核心思想就是：分而治之

JVM優(yōu)化

比如我有一個50萬PV的資料類網(wǎng)站（從磁盤提取文檔到內(nèi)存）原服務(wù)器32位，1.5G的堆，用戶反饋網(wǎng)站比較緩慢，如果對它進(jìn)行升級，新服務(wù)器64位，16G的堆內(nèi)存，用戶還是反饋卡頓，而且還比之前更嚴(yán)重，這個是因?yàn)槭裁茨兀恳话銇碚f很多用戶去瀏覽數(shù)據(jù)，很多數(shù)據(jù)會load到內(nèi)存中，導(dǎo)致內(nèi)存不足，頻繁的GC，STW時間過長，響應(yīng)時間就會變慢，那我們應(yīng)該怎么辦呢，使用 PS-> PN+CMS或者G1。

還有一個就是系統(tǒng)CPU經(jīng)常100%,我們要如何進(jìn)行調(diào)優(yōu)呢？

首先我們可以想到CPU100%那么一定有線程在占用系統(tǒng)資源

1.找出哪個進(jìn)程CPU高 （top命令）

2.該進(jìn)程中的哪個線程CPU高（top -Hp）

3.導(dǎo)出該線程的堆棧

4.查找哪個方法（棧掙）比較消耗時間

5.工作線程占比高 | 垃圾回收線程占比高

總結(jié)

今天我們只是講解了一些基本的操作，具體怎么操作該怎么辦呢？這一部分小農(nóng)會在下一部分中進(jìn)行講解，今天主要帶大家了解一些常用的參數(shù)，告訴大家怎么去使用和一些前置知識。

到此這篇關(guān)于 Java 虛擬機(jī)進(jìn)行調(diào)優(yōu)的具體方法的文章就介紹到這了，想要了解更多相關(guān) Java虛擬機(jī)的內(nèi)容請搜索W3Cschool以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，也希望大家以后多多支持！