系统性学习JVM优化

之前做JVM的优化都是查一点做一点,jmap,MAT也都是现用现查,没有做过系统性的学习,最近有点时间准备把这块补一下

为什么要对JVM做优化

本地开发中很少会需要JVM优化,但是生产环境高并发,多用户下就会出现下面的情况

  • 运行的应用卡住了,没有日志输出,程序没有反应
  • 服务器CPU负载突然升高
  • ….

JVM的运行参数

在JVM中有很多的参数可以惊醒设置,这样可以让jvm在各种环境中都有够高效的运行,绝大部分的参数保持默认即可

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(使用率比较高,关注)
    • -XX:newSize
    • -XX:+UseSerialGC

标准参数

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

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C:\Users\Daniel>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>
使用指定的图像显示启动屏幕
有关详细信息, 请参阅 http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/documentation/index.html。

实战

实战1:查看JVM版本

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C:\Users\Daniel>java -version
java version "1.8.0_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, mixed mode)
# -showversion参数是表示,先打印版本信息,再执行后面的命令,在调试的时候非常有用

实战2: 通过-D设置系统属性参数

  1. 创建一个java文件,然后输入如下内容

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    public class TestJVM{
    public static void main(String[] args){
    String str = System.getProperty("str");
    if(str == null){
    System.out.println("testJVM");
    }else{
    System.out.println(str);
    }
    }
    }
  2. 进行编译和测试:

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    C:\Users\Daniel>javac TestJVM.java

    C:\Users\Daniel>java TestJVM
    testJVM
    # 在这里可以看到使用D参数设置的str能在代码中获取的到
    C:\Users\Daniel>java -Dstr=123 TestJVM
    123

-server-client参数

可以通过-server-client设置JVM的运行参数

  • 他们的区别是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,初始堆空间小一些,使用串行的垃圾回收器,她的目标是让JVM的启动速度更快,但运行速度会比Server VM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以上的内存同时又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:

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C:\Users\Daniel>java -client -showversion TestJVM
java version "1.8.0_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
# 因为我的电脑是64位的系统,因此指定Client,也是运行Server模式
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, mixed mode)

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-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

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C:\Users\Daniel>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。

-Xint-Xcom-Xmixed

  • 在解释模式(interpreted mode)下,-Xint标记会强制JVM执行所有的字节码,当然这回降低运行速度,通常低10倍或更多。
  • -Xcomp参数与-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,云因是-Xcomp没有让JVM启动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是会和模式,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
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# 强制设置为解释模式
C:\Users\Daniel>java -showversion -Xint TestJVM
java version "1.8.0_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
# 本行最后显示的是解释模式
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, interpreted mode)

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# 强制设置为编译模式(编译模式下,第一次执行会比解释模式下执行慢一些)
C:\Users\Daniel>java -showversion -Xcomp TestJVM
java version "1.8.0_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
# 本行最后显示是编译模式
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, compiled mode)

testJVM

# 默认的混合模式
C:\Users\Daniel>java -showversion TestJVM
java version "1.8.0_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, mixed mode)

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-XX参数

-XX参数也是非标准参数,主要用于jvm调优和debug操作
-XX参数的使用有两种方式,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:

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C:\Users\Daniel>java -showversion -XX:+DisableExplicitGC TestJVM
java version "1.8.0_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, mixed mode)

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-Xms-Xmx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,让程序跑得更快,这里提一点,Xmx和Xms最好设置大小一致,初始化即最大,减少GC回收

示例:

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C:\Users\Daniel>java -Xms512m -Xmx2048m TestJVM
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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两种情况

  • 运行java命令时打印出运行参数
  • 查看正在运行的java进程的参数

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

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C:\Users\Daniel>java -XX:+PrintFlagsFinal -version
[Global flags]
intx ActiveProcessorCount = -1 {product}
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}
uintx AdaptiveSizeThroughPutPolicy = 0 {product}
uintx AdaptiveTimeWeight = 25 {product}
bool AdjustConcurrency = false {product}
bool AggressiveHeap = false {product}
bool AggressiveOpts = false {product}
intx AliasLevel = 3 {C2 product}
bool AlignVector = false {C2 product}
intx AllocateInstancePrefetchLines = 1 {product}
intx AllocatePrefetchDistance = 192 {product}
intx AllocatePrefetchInstr = 0 {product}
......
bool UseXmmI2D = false {ARCH product}
bool UseXmmI2F = false {ARCH product}
bool UseXmmLoadAndClearUpper = true {ARCH product}
bool UseXmmRegToRegMoveAll = true {ARCH product}
bool VMThreadHintNoPreempt = false {product}
intx VMThreadPriority = -1 {product}
intx VMThreadStackSize = 0 {pd product}
intx ValueMapInitialSize = 11 {C1 product}
intx ValueMapMaxLoopSize = 8 {C1 product}
intx ValueSearchLimit = 1000 {C2 product}
bool VerifyMergedCPBytecodes = true {product}
bool VerifySharedSpaces = false {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_251"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_251-b08)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.251-b08, mixed mode)

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

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用作测试,来观察下jvm的参数