JVM优化

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概述

本文主要介紹JVM以及JVM优化和FULL GC 的处理.

什么是JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

JVM HEAP分区

JVM HEAP可分为三大区新生代- young generation、老年代 - old generation、永久代 - Permanent generation(也叫方法区).

young generation 又分为 Eden区和两个survivor区（FROM SURVIVOR 和 TO SURVIVOR），两个survivor区存放每次垃圾回收后存活的对象.

young generation主要用于存放new出来的对象，长时间未被GC回收的会进入到survivor区，如果survivor区对象长时间未被回收则会被提升到老年区，老年区一般存放比较大的对象，至于Permanent generation 则存放静态对象例如static。

permanent generation管理class文件、静态对象、属性等。

JVM 垃圾回收机制

JVM垃圾回收机制采用“分代收集”：新生代采用复制算法，老年代采用标记清理算法。

JVM 复制（Copying）算法

将内存平均分成A、B两块，算法过程：

1. 新生对象被分配到A块中未使用的内存当中。当A块的内存用完了， 把A块的存活对象对象复制到B块。
2. 清理A块所有对象。
3. 新生对象被分配的B块中未使用的内存当中。当B块的内存用完了， 把B块的存活对象对象复制到A块。
4. 清理B块所有对象。
5. goto step 1

算法优化：使用Eden/S0/S1三个分区

如上述过程，如果平均分成A/B块太浪费内存，采用Eden/S0/S1三个区更合理，空间比例为Eden:S0:S1==8:1:1，有效内存（即可分配新生对象的内存）是总内存的9/10。

算法过程：

1. Eden+S0可分配新生对象；
2. 对Eden+S0进行垃圾收集，存活对象复制到S1。清理Eden+S0。一次新生代GC结束。
3. Eden+S1可分配新生对象；
4. 对Eden+S1进行垃圾收集，存活对象复制到S0。清理Eden+S1。二次新生代GC结束。
5. goto step 1

默认Eden:S0:S1=8:1:1,因此，新生代中可以使用的内存空间大小占用新生代的9/10。

为什么不直接分成两个区，一个区占9/10,另一个区占1/10，这样做的原因大概有以下几种

1.S0与S1的区间明显较小，有效新生代空间为Eden+S0/S1，因此有效空间就大，增加了内存使用率.

2.有利于对象代的计算，当一个对象在S0/S1中达到设置的XX:MaxTenuringThreshold值后，会将其分到老年代中，设想一下，如果没有S0/S1,直接分成两个区，该如何计算对象经过了多少次GC还没被释放,你可能会说，在对象里加一个计数器记录经过的GC次数，或者存在一张映射表记录对象和GC次数的关系，是的，可以，但是这样的话，会扫描整个新生代中的对象, 有了S0/S1我们就可以只扫描S0/S1区了

JVM调优配置及参数说明

    CMD java
    //1 非标准参数配置
    -Xms1024m 
    //指定jvm堆的初始大小，默认为物理内存的1/64，最小为1M；可以指定单位，比如k、m，若不指定，则默认为字节。 
    -Xmx1024m 
    //指定jvm堆的最大值，默认为物理内存的1/4或者1G，最小为2M；单位与-Xms一致。
    -Xmn480m
    //JVM中年轻态的大小 年轻态比老年态为1/1  持久态最好为64M  老年态为480 FULLCG次数会较少 但是每次FULLCG时间会较长
    -Xss256K  
    //单个线程栈的大小 一般默认512k

    //2 非stable参数
    -XX:PermSize=64M                    
    //持久态的大小 JDK8是另一个参数设置持久态
    -XX:MaxPermSize=64M 
    //设置持久代最大值为100m,默认为xms的1/8。MaxPermSize过小会导致：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    //32位Linux和64位Linux好像不一样，64位系统似乎只要配置MaxTenuringThreshold参数。
    #-XX:MaxTenuringThreshold=20 
    //MaxTenuringThreshold=0就是去掉了救助空间 MaxTenuringThreshold去掉，这样即没有暂停又不会有promotoin failed，而且更重要的是，年老代和永久代上升非常慢（因为好多对象到不了年老代就被回收了），所以CMS执行频率非常低，好几个小时才执行一次
    -XX:SurvivorRatio=4             
    //Eden区与Survivor区的大小比值4/1

    /**适用情况：“对响应时间有高要求”，多CPU、对应用响应时间有较高要求的中、大型应用。举例：Web服务器/应用服务器、电信交换、集成开发环境。
    响应时间优先的应用：年轻代大小选择 
    尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。 
    响应时间优先的应用：年老代大小选择 
    年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得： 
    **/

    -XX:+UseConcMarkSweepGC               
    //对老生代采用并发标记交换算法进行GC
    -XX:+CMSParallelRemarkEnabled        
    // 降低标记停顿
    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0      
    //由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此参数设置运行n次FullGC以后对内存空间进行压缩、整理。
    -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 
    //表示年老代空间到70%时就开始执行CMS，确保年老代有足够的空间接纳来自年轻代的对象。 满足(Xmx-Xmn)*(100-CMSInitiatingOccupancyFraction)/100>=Xmn就不会出现promotion 内存太低不适应
    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection    
    //使用并发收集器时，开启对年老代的压缩，failed
    -XX:+DisableExplicitGC                
    //禁止System.gc()，免得程序员误调用gc方法影响性能； 
    -XX:+UseParNewGC                      
    //对年轻代采用多线程并行回收，这样收得快；

    //3 日志打印信息
    -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  
    -XX:HeapDumpPath=/usr/aaa/dump 
    -Xloggc:/usr/local/mylog/heap_trace.txt 
    -XX:+PrintGCTimeStamps 
    -XX:+PrintGC 
    -XX:+PrintHeapAtGC
    -XX:+PrintGCDetails
    -Duser.timezone=Asia/Shanghai
    -jar yourjarName.jar

JVM 如何测试调优后的性能

对于linux可以使用TOP命令查看内存和CPU占用，在服务高负荷状态下，尽量出发FULL GC 查看GC日志，看new generation和old generation的GC次数和GC后的结果是否达到预期，来调试参数的配比.

    jmap -dump:format=b，file=heap.bin [pid]

分析工具可以使用MAT.

总结

一盏灯， 一片昏黄； 一简书， 一杯淡茶。 守着那一份淡定， 品读属于自己的寂寞。 保持淡定， 才能欣赏到最美丽的风景！ 保持淡定， 人生从此不再寂寞。

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