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  • JVM性能优化 初识JVM

    一、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,我们可能会有下面的需求:

    • 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?

    本次使用的JDK版本为1.8

    二、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

      1. -help

      2. -version

    • -X参数(非标准参数)

      1. -Xint

      2. -Xcomp

    • -XX参数(使用率较高)

      1. -XX:newSize

      2. -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

    1.  

    2. 用法: java [-options] class [args...]

    3. (执行类)

    4. 或 java [-options] -jar jarfile [args...]

    5. (执行 jar 文件)

    6. 其中选项包括:

    7. -d32 使用 32 位数据模型 (如果可用)

    8. -d64 使用 64 位数据模型 (如果可用)

    9. -server 选择 "server" VM

    10. 默认 VM 是 server.

    11. -cp <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>

    12. -classpath <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>

    13. 用 ; 分隔的目录, JAR 档案

    14. 和 ZIP 档案列表, 用于搜索类文件。

    15. -D<名称>=<值>

    16. 设置系统属性

    17. -verbose:[class|gc|jni]

    18. 启用详细输出

    19. -version 输出产品版本并退出

    20. -version:<值>

    21. 警告: 此功能已过时, 将在

    22. 未来发行版中删除。

    23. 需要指定的版本才能运行

    24. -showversion 输出产品版本并继续

    25. -jre-restrict-search | -no-jre-restrict-search

    26. 警告: 此功能已过时, 将在

    27. 未来发行版中删除。

    28. 在版本搜索中包括/排除用户专用 JRE

    29. -? -help 输出此帮助消息

    30. -X 输出非标准选项的帮助

    31. -ea[:<packagename>...|:<classname>]

    32. -enableassertions[:<packagename>...|:<classname>]

    33. 按指定的粒度启用断言

    34. -da[:<packagename>...|:<classname>]

    35. -disableassertions[:<packagename>...|:<classname>]

    36. 禁用具有指定粒度的断言

    37. -esa | -enablesystemassertions

    38. 启用系统断言

    39. -dsa | -disablesystemassertions

    40. 禁用系统断言

    41. -agentlib:<libname>[=<选项>]

    42. 加载本机代理库 <libname>, 例如 -agentlib:hprof

    43. 另请参阅 -agentlib:jdwp=help 和 -agentlib:hprof=help

    44. -agentpath:<pathname>[=<选项>]

    45. 按完整路径名加载本机代理库

    46. -javaagent:<jarpath>[=<选项>]

    47. 加载 Java 编程语言代理, 请参阅 java.lang.instrument

    48. -splash:<imagepath>

    2.2.1 实战

    1:查看jvm版本

    1.  

    2. java version "1.8.0_201"

    3. Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_201-b09)

    4. Java HotSpot(TM) Server VM (build 25.201-b09, mixed mode)

    5. [root@localhost ~]#

    2:通过-D设置系统属性参数

    1. /**

    2. * @program: hgyq_app

    3. * @ClassName TestJvm

    4. * @description:

    5. * @author: lyy

    6. * @create: 2020-04-21 10:49

    7. * @Version 1.0

    8. **/

    9. public class TestJvm {

    10. public static void main(String[] args) {

    11. String str = System.getProperty("str");

    12. if(str == null){

    13. System.out.println("muxiaonong");

    14. }else{

    15. System.out.println(str);

    16. }

    17. }

    18. }

    编译、测试:

    1. # 编译

    2. [root@localhost ~]# javac TestJvm.java

    3. #测试

    4. [root@localhost ~]# java TestJvm

    5. muxiaonong

    6. [root@localhost ~]# java -Dstr=520 TestJvm

    7. 520

    2.2.2 -server与-client参数

    可以通过 -server 或 -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的JVM

    • 32位操作系统 1.如果是Windows系统,不论硬件配置如何,都默认使用Client类型的JVM 2.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个以上的CPU的话默认使用server模式,否则使用client模式

    • 64位操作系统

      1. 只有server类型,不支持client类型

    测试(本机是32位操作系统):

    1. # 参数操作系统位数

    2. [root@localhost ~]# cat /proc/version

    3. Linux version 2.6.32-358.el6.i686 (mockbuild@c6b8.bsys.dev.centos.org) (gcc version 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-3) (GCC) ) #1 SMP Thu Feb 21 21:50:49 UTC 2013

    4. #设置Jvm的运行参数

    5. [root@localhost ~]# java -client -showversion TestJvm

    6. [root@localhost ~]# java -server -showversion TestJvm

    2.3 -X参数

    jvm的 -X参数 是非标准的参数,在不同版本的jvm中,参数可能会有所不用,可以通过 java-X参看非标准参数

    1. [root@localhost ~]# java -X

    2. -Xmixed 混合模式执行 (默认)

    3. -Xint 仅解释模式执行

    4. -Xbootclasspath:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>

    5. 设置搜索路径以引导类和资源

    6. -Xbootclasspath/a:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>

    7. 附加在引导类路径末尾

    8. -Xbootclasspath/p:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>

    9. 置于引导类路径之前

    10. -Xdiag 显示附加诊断消息

    11. -Xnoclassgc 禁用类垃圾收集

    12. -Xincgc 启用增量垃圾收集

    13. -Xloggc:<file> 将 GC 状态记录在文件中 (带时间戳)

    14. -Xbatch 禁用后台编译

    15. -Xms<size> 设置初始 Java 堆大小

    16. -Xmx<size> 设置最大 Java 堆大小

    17. -Xss<size> 设置 Java 线程堆栈大小

    18. -Xprof 输出 cpu 配置文件数据

    19. -Xfuture 启用最严格的检查, 预期将来的默认值

    20. -Xrs 减少 Java/VM 对操作系统信号的使用 (请参阅文档)

    21. -Xcheck:jni 对 JNI 函数执行其他检查

    22. -Xshare:off 不尝试使用共享类数据

    23. -Xshare:auto 在可能的情况下使用共享类数据 (默认)

    24. -Xshare:on 要求使用共享类数据, 否则将失败。

    25. -XshowSettings 显示所有设置并继续

    26. -XshowSettings:all

    27. 显示所有设置并继续

    28. -XshowSettings:vm 显示所有与 vm 相关的设置并继续

    29. -XshowSettings:properties

    30. 显示所有属性设置并继续

    31. -XshowSettings:locale

    32. 显示所有与区域设置相关的设置并继续

    33. -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
    • 在解释模式下(interpreted mode)下, -Xint标记会强制JVM执行所有的字节码,但是会降低运行速度,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

      1. 很多应用在使用 -Xcomp也会有一些性能损失,不过会比使用 -Xint 损失的少,原因是 -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

    示例:强势设置运行模式

    1. # 强制设置为解释模式

    2. [root@localhost ~]# java -showversion -Xint TestJvm

    3. # 强制设置为编译模式

    4. # 注意:在编译模式下,第一次执行会比

    5. [root@localhost ~]# java -showversion -Xcomp TestJvm

    6. # 默认的混合模式

    7. [root@localhost ~]# java -showversion -Xmixed TestJvm

    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

      1. 格式: -XX:[+-]<name>标识启用或禁用 <name>属性,+表示开启,-表示关闭

      2. 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

      1. 格式: -XX:<name>=<value>表示 <name>属性的值为 <value>

      2. 如:-XX:NewRatio=1表示新生代和老年代的比值

    • 是否打印GC收集细节

      1. -XX:+PrintGCDetails

      2. -XX:-PrintGCDetails

    • 是否使用串行垃圾收集器

      1. -XX:+UseSerialGC

      2. -XX:-UserSerialGC

    在这里配置-XX:属性值后再启动我们的main方法

    2.5 -Xms与-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,让程序跑的更快 示例:

    1. [root@localhost ~]# java -Xms512m -Xmx2048m TestJvm

    2. muxiaonong

    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

    java -XX:+PrintFlagsFinal -version

    在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 =或者 :=,分别代表默认值和被修改的值

    三、JVM的内存模型

    jvm的内存模型在1.7和1.8有较大的区别,虽然本文中是以1.8为例进行讲解,但是我们也会对1.7的内存模型有所了解。所以我们先来了解一下1.7在学习1.8的内存模型

    3.1、jdk1.7的堆内存模型
    • Young 年轻区(代)

      Young区域被划分为三部分,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,这部分的空间一般不会溢出,除非一次性加载了很多的类,不过在设计到热部署的应用服务器的时候,有时候会遇到 java.lang.OutOfMempryError:PermGenSpace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

    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

    为什么要废弃1.7中的永久区?

    关于为什么会废弃1.7中的永久区 ,我们在官网中可以看到说明,官网地址:http://openjdk.java.net/jeps/122

    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.

    # 移除用永久代是为融合Hot Spot 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

    在我们现实使用中,由于永久代内存经常不够用或发生内存泄露,报出异常 java.lang.OutOfMempryError:PermGen,因此将永久区废弃,而改用元空间,改为了使用本地内存空间

    3.4、通过jstat命令进行查看 堆内存使用情况

    jstat 命令可以查看堆内存各部分的使用量,以及加载类的数量,命令的格式如下:

    3.4.1 查看class加载统计

    [root@localhost ~]# jstat -class 20736说明:
    方法描述
    Loaded 加载class的数量
    Bytes 所占用空间大小
    Unloaded 未加载数量
    Bytes 未加载占用空间
    Time 时间

    3.4.2 查看编译统计

    [root@localhost ~]# jstat -compiler 20736
    方法描述
    Compiled 编译数量
    Failed 失败数量
    Invalid 不可用数量
    Time 时间
    FailedType 失败类型
    FailedMethod 失败的方法

    3.4.3 垃圾回收统计

    [root@localhost~]#jstat-gc20736 S0C:第一个Survivor区的大小(KB) S1C:第二个Survivor区的大小(KB) S0U:第一个Survivor区的使用大小(KB) S1U:第二个Survivor区的使用大小(KB) EC:Eden区的大小(KB) EU:Eden区的使用大小(KB) OC:Old区大小(KB) OU:Old区使用大小(KB) MC:方法区大小(KB) MU:方法区使用大小(KB) CCSC:压缩类空间大小(KB) CCSU:压缩类空间使用大小(KB) YGC:年轻代垃圾回收次数 YGCT:年轻代垃圾回收消耗时间 FGC:老年代垃圾回收次数 FGCT:老年代垃圾回收消耗时间 GCT :垃圾回收消耗总时间

     

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