JVM之参数分配详解

开篇之前，推荐一个关于JVM很不错的博客：http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2036387.html

一、堆参数设置

-XX:+PrintGC 使用这个参数，虚拟机启动后，只要遇到GC就会打印日志
-XX:+UseSerialGC 配置串行回收器
-XX:+PrintGCDetails 可以查看详细信息，包括各个区的情况
-Xms:设置Java程序启动时初始化堆大小
-Xmx:设置Java程序能获得最大的堆大小
-Xmx20m -Xms5m -XX:+PrintCommandLineFlags:可以将隐式或者显示传给虚拟机的参数输出
在实际工作中，我们可以直接将初始的堆大小与最大堆大小设置相等，这样的好处是可以减少程序运行时的垃圾回收次数，从而提高性能。

配置运行时参数：-XX:+PrintGC -Xms5m -Xmx20m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintCommandLineFlags

运行一下Demo:

package com.ietree.basicskill.jvm;

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        
        // -XX:+PrintGC -Xms5m -Xmx20m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintCommandLineFlags
        
        //查看GC信息
        System.out.println("max memory:" + Runtime.getRuntime().maxMemory());
        System.out.println("free memory:" + Runtime.getRuntime().freeMemory());
        System.out.println("total memory:" + Runtime.getRuntime().totalMemory());
        
        byte[] b1 = new byte[1*1024*1024];
        System.out.println("分配了1M");
        System.out.println("max memory:" + Runtime.getRuntime().maxMemory());
        System.out.println("free memory:" + Runtime.getRuntime().freeMemory());
        System.out.println("total memory:" + Runtime.getRuntime().totalMemory());
        
        byte[] b2 = new byte[4*1024*1024];
        System.out.println("分配了4M");
        System.out.println("max memory:" + Runtime.getRuntime().maxMemory());
        System.out.println("free memory:" + Runtime.getRuntime().freeMemory());
        System.out.println("total memory:" + Runtime.getRuntime().totalMemory());
        
    }
}

程序输出：

-XX:InitialHeapSize=5242880 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseSerialGC 
max memory:20316160
free memory:5286032
total memory:6094848
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 789K->191K(1856K), 0.0026441 secs] 789K->530K(5952K), 0.0027627 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
分配了1M
max memory:20316160
free memory:4469352
total memory:6094848
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 1249K->0K(1856K), 0.0022285 secs][Tenured: 1554K->1554K(4096K), 0.0031394 secs] 1587K->1554K(5952K), [Metaspace: 2597K->2597K(1056768K)], 0.0054980 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
分配了4M
max memory:20316160
free memory:4538184
total memory:10358784
Heap
 def new generation   total 1920K, used 68K [0x00000000fec00000, 0x00000000fee10000, 0x00000000ff2a0000)
  eden space 1728K,   3% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fec113e0, 0x00000000fedb0000)
  from space 192K,   0% used [0x00000000fedb0000, 0x00000000fedb0000, 0x00000000fede0000)
  to   space 192K,   0% used [0x00000000fede0000, 0x00000000fede0000, 0x00000000fee10000)
 tenured generation   total 8196K, used 5650K [0x00000000ff2a0000, 0x00000000ffaa1000, 0x0000000100000000)
   the space 8196K,  68% used [0x00000000ff2a0000, 0x00000000ff824888, 0x00000000ff824a00, 0x00000000ffaa1000)
 Metaspace       used 2603K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 288K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

在此程序输出的结果中，可以看到堆的详细信息，比如可以看到它的新生代信息、老年代信息、永久区信息等。

二、新生代参数配置

-Xmn：可以设置新生代的大小，设置一个比较大的新生代会减少老年代的大小，这个参数对系统性能以及GC行为有很大的影响，新生代大小一般会设置整个堆空间的1/3到1/4左右。
-XX:SurvivorRatio：用来设置新生代中eden空间和from/to空间的比例。含义：-XX:SurvivorRatio=eden/from=eden/to。
不同的堆分布情况，对系统执行会产生一定的影响，在实际工作中，应该根据系统的特点做出合理的配置，基本策略：尽可能将对象预留在新生代，减少老年代的GC次数。
除了可以设置新生代的绝对大小（-Xmn），还可以使用（-XX:NewRatio）设置新生代和老年代的比例：-XX：NewRatio=老年代/新生代。

配置运行时参数：

-Xms20m -Xmx20m -Xmn1m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails
-XX:+UseSerialGC

运行Demo:

package com.ietree.basicskill.jvm;

public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {

        // 第一次配置(eden 2 = from 1 + to 1)
        // -Xms20m -Xmx20m -Xmn1m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC

        // 第二次配置
        // -Xms20m -Xmx20m -Xmn7m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC

        // 第三次配置
        // -XX:NewRatio=老年代/新生代
        // -Xms20m -Xmx20m -XX:NewRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC

        byte[] b = null;
        // 连续向系统申请10MB空间
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[1 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

程序运行结果：

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 508K->256K(768K), 0.0012770 secs] 508K->435K(20224K), 0.0013333 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 def new generation   total 768K, used 498K [0x00000000fec00000, 0x00000000fed00000, 0x00000000fed00000)
  eden space 512K,  47% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fec3c988, 0x00000000fec80000)
  from space 256K, 100% used [0x00000000fecc0000, 0x00000000fed00000, 0x00000000fed00000)
  to   space 256K,   0% used [0x00000000fec80000, 0x00000000fec80000, 0x00000000fecc0000)
 tenured generation   total 19456K, used 10419K [0x00000000fed00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 19456K,  53% used [0x00000000fed00000, 0x00000000ff72cf20, 0x00000000ff72d000, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 2601K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 288K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

可以看到，在新生代种，eden区域内存是from和to区域内存的2倍。即-XX:SurvivorRatio=2参数起了作用。

配置运行参数：-Xms20m -Xmx20m -XX:NewRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC

运行以上Demo可以得到一下输出：

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4979K->529K(6144K), 0.0028804 secs] 4979K->1553K(19840K), 0.0029572 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 5756K->0K(6144K), 0.0021035 secs] 6780K->2576K(19840K), 0.0021487 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 def new generation   total 6144K, used 1134K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff2a0000, 0x00000000ff2a0000)
  eden space 5504K,  20% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fed1b9d8, 0x00000000ff160000)
  from space 640K,   0% used [0x00000000ff160000, 0x00000000ff160000, 0x00000000ff200000)
  to   space 640K,   0% used [0x00000000ff200000, 0x00000000ff200000, 0x00000000ff2a0000)
 tenured generation   total 13696K, used 2576K [0x00000000ff2a0000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 13696K,  18% used [0x00000000ff2a0000, 0x00000000ff524140, 0x00000000ff524200, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 2601K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 288K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

发现tenured generation老年代的内存是new generation 新生代内存的2倍。

三、堆溢出参数配置

在Java程序的运行过程中，如果对空间不足，则会抛出内存溢出的错误（Out Of Memory）OOM，一旦这类问题发生在生产环境，则可能引起严重的业务中断，Java虚拟机提供了-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,
使用该参数可以在内存溢出时导出整个堆信息，与之配合使用的还有参数-XX:HeapDumpPath，可以设置导出堆的存放路径。
内存分析工具：Memory Analyzer 地址：http://download.eclipse.org/mat/1.5/update-site

配置运行时参数-Xms1m -Xmx1m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=d:/Demo3.dump

运行Demo：

package com.ietree.basicskill.jvm;

import java.util.Vector;

public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        // -Xms1m -Xmx1m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=d:/Demo3.dump
        // 堆内存溢出
        Vector v = new Vector();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            v.add(new Byte[1 * 1024 * 1024]);
        }
    }
}

程序输出的结果：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to d:/Demo3.dump ...
Heap dump file created [1219372 bytes in 0.009 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo3.main(Demo3.java:11)

在d:/Demo3.dump可以找到对应的文件，使用内存分析工具（Memory analyzer）打开：

如图：

四、栈参数配置

Java虚拟机提供了参数-Xss来指定线程的最大栈空间，整个参数也直接决定了函数可调用的最大深度。

配置运行时参数：-Xss1m

运行Demo：

package com.ietree.basicskill.jvm;

public class Demo4 {
    // -Xss1m
    // -Xss5m

    // 栈调用深度
    private static int count;

    public static void recursion() {
        count++;
        recursion();
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            recursion();
        } catch (Throwable t) {
            System.out.println("调用最大深入：" + count);
            t.printStackTrace();
        }
    }
}

程序输出：

调用最大深入：20557
java.lang.StackOverflowError
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    at com.ietree.basicskill.jvm.Demo4.recursion(Demo4.java:12)
    ......

五、方法区参数配置

和Java堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域，它用于保存系统的类信息，方法区（永久区）可以保存多少信息可以对其进行配置，在默认情况下，-XX:MaxPermSize为64M，
如果系统运行时生产大量的类，就需要设置一个相对合适的方法区，以免出现永久区内存溢出的问题。
-XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=64M

六、直接内存参数配置

直接内存也是Java程序中非常重要的组成部分，特别是广泛用在NIO中，直接内存跳过了Java堆，使用Java程序可以直接访问原生堆空间，因此在一定程度上加快了内存空间的访问速度。
但是说直接内存一定就可以提高内存访问速度也不见得，具体情况具体分析。
相关配置参数：-XX:MaxDirectMemorySize，如果不设置，默认值为最大堆空间，即-Xmx。直接内存使用达到上限时，就会触发垃圾回收，如果不能有效的释放空间，就会引起系统的OOM。

七、对象进入老年代的参数配置

一般而言，对象首次创建会被放置在新生代的eden区，如果没有GC介入，则对象不会离开eden区，那么eden区的对象如何进入老年代呢？
通常情况下，只要对象的年龄达到一定的大小，就会自动离开年轻代进入老年代，对象年龄是由对象经历数次GC决定的，在新生代每次GC之后如果对象没有被回收，则年龄加1。
虚拟机提供了一个参数来控制新生代对象的最大年龄，当超过这个年龄范围就会晋升老年代。
-XX:MaxTenuringThreshold，默认情况下为15

配置运行时参数：-Xmx64M -Xms64M -XX:+PrintGCDetails

运行Demo:

package com.ietree.basicskill.jvm;

public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始的对象在eden区
        // 参数：-Xmx64M -Xms64M -XX:+PrintGCDetails
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            byte[] b = new byte[1024 * 1024];
        }

    }
}

程序输出：

Heap
 PSYoungGen      total 18944K, used 6759K [0x00000000feb00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 16384K, 41% used [0x00000000feb00000,0x00000000ff199db8,0x00000000ffb00000)
  from space 2560K, 0% used [0x00000000ffd80000,0x00000000ffd80000,0x0000000100000000)
  to   space 2560K, 0% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffb00000,0x00000000ffd80000)
 ParOldGen       total 44032K, used 0K [0x00000000fc000000, 0x00000000feb00000, 0x00000000feb00000)
  object space 44032K, 0% used [0x00000000fc000000,0x00000000fc000000,0x00000000feb00000)
 Metaspace       used 2601K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 288K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

结论：对象首次创建会被放置在新生代的eden区，因此输出结果中from和to区都为0%。

根据设置MaxTenuringThreshold参数，可以指定新生代对象经过多少次回收后进入老年代。另外，大对象新生代eden区无法装入时，也会直接进入老年代。
JVM里有个参数可以设置对象的大小超过在指定的大小之后，直接晋升老年代。
-XX:PretenureSizeThreshold=15

参数：-Xmx1024M -Xms1024M -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:+PrintGCDetails

使用PretenureSizeThreshold可以进行指定进入老年代的对象大小，但是要注意TLAB区域优先分配空间。虚拟机对于体积不大的对象 会优先把数据分配到TLAB区域中，因此就失去了在老年代分配的机会.

参数：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000 -XX:-UseTLAB

 八、TLAB参数配置

TLAB全称是Thread Local Allocation Buffer即线程本地分配缓存，从名字上看是一个线程专用的内存分配区域，是为了加速对象分配对象而生的。
每一个线程都会产生一个TLAB，该线程独享的工作区域，Java虚拟机使用这种TLAB区来避免多线程冲突问题，提高了对象分配的效率。
TLAB空间一般不会太大，当大对象无法在TLAB分配时，则会直接分配到堆上。
-XX:+UseTLAB使用TLAB
-XX:+TLABSize设置TLAB大小
-XX:TLABRefillWasteFraction设置维护进入TLAB空间的单个对象大小，它是一个比例值，默认为64，即如果对象大于整个空间的1/64，则在堆创建对象。
-XX:+PrintTLAB查看TLAB信息
-XX:ResizeTLAB自调整TLABRefillWasteFraction阈值。

参数：-XX:+UseTLAB -XX:+PrintTLAB -XX:+PrintGC -XX:TLABSize=102400 -XX:-ResizeTLAB -XX:TLABRefillWasteFraction=100 -XX:-DoEscapeAnalysis -server