JAVA中的JVM优化

一、为什么要对jvm做优化?

在本地开发环境中我们会很少遇到对jvm进行优化的需求,但是到了生产环境 ,我们可能会遇到以下的一些问题:

运行的应用"卡住了",日志不能输出 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

........

二、JVM的运行参数 

2.1三种参数类型

标准参数
-help
version
-X参数（非标准参数）
-Xint
-Xcomp
-XX参数（使用率较高）
-XX:newSize
-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。

java -help
    用法: java [-options] class [args...]
           (to execute a class)
   or  java [-options] -jar jarfile [args...]
           (to execute a jar file)
其中包括选项:
    -d32          use a 32-bit data model if available（使用32位数据模型-如果可用）
    -d64          use a 64-bit data model if available（使用64位数据模型-如果可用）
    -server       to select the "server" VM
                  The default VM is server.（选择“Server” VM 默认VM是server，因为您是在服务器类计算机运行）

    -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。)
                  A : separated list of directories, JAR archives,
                  and ZIP archives to search for class files.(用:分隔的目录，JAR档案和ZIP档案列表，用于搜索类文件)
    -D=
                  set a system property（设置系统属性）
    -verbose:[class|gc|jni]
                  enable verbose output（启用详细输出）
    -version      print product version and exit（输出产品版本并退出）
    -version:
                  Warning: this feature is deprecated and will be removed
                  in a future release.
                  require the specified version to run（警告：此功能已过时，将在未来发型版本中删除。需要指定的版本才能运行）
    -showversion  print product version and continue（输出产品的版本并继续）
    -jre-restrict-search | -no-jre-restrict-search
                  Warning: this feature is deprecated and will be removed
                  in a future release.
                  include/exclude user private JREs in the version search（警告：此功能已过时，将在未来发型版本中删除。在版本搜索中包括/排除用户专用 JRE）
    -? -help      print this help message（输出此帮助信息）
    -X            print help on non-standard options（输出非标准选项的帮助）
    -ea[:...|:]
    -enableassertions[:...|:]
                  enable assertions with specified granularity（按指定的粒度启用断言）
    -da[:...|:]
    -disableassertions[:...|:]
                  disable assertions with specified granularity（禁用具有指定粒度的断言）
    -esa | -enablesystemassertions
                  enable system assertions（启用系统断言）
    -dsa | -disablesystemassertions
                  disable system assertions（禁用系统断言）
    -agentlib:[=]
                  load native agent library , e.g. -agentlib:hprof
                  see also, -agentlib:jdwp=help and -agentlib:hprof=help（加载本机代理库，例如：-agentlib:hprof；另请参阅-agentlib:jdwp=help 和 -agentlib:hprof=help）
    -agentpath:[=]
                  load native agent library by full pathname（按照完整路径名加载本机代理库）
    -javaagent:[=]
                  load Java programming language agent, see java.lang.instrument（加载Java编程语言代理请参阅：java.lang.instrument）
    -splash:
                  show splash screen with specified image（使用指定的图像显示启动屏幕）

2.2.1实战

查看jvm版本

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ ~]# java -version
java version "1.8.0_144"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_144-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.144-b01, mixed mode)
# -showversion 参数是表示，先打印版本信息，再执行后面的命令，在调用时非常有用。

通过-D设置系统属性参数

public class TestJVM{
    public static void main(String[] args){
        String str =System.getProperty("str");
        if(str == null){
            System.out.println("str==null");
        }else{
            System.out.println(str);
        }
    }
}

进行编译、测试

# 编译
javac TestJVM.java
# 测试
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java TestJVM
str==null
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -Dstr=123 TestJVM
123

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机器，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机器，他的目标是为了让JVM的启动速度更快，但是运行速度会比 Server VM模式的慢一些。
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，不论硬件的配置如何，都默认使用Client类型的VM
如果在其他操作系统上，机器配置有2G以上的内存同时有2个以上的CPU的话默认是使用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：                      

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -client -showversion TestJVM
java version "1.8.0_144"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_144-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.144-b01, mixed mode)

str==null

2.3 -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.

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -X
    -Xmixed           mixed mode execution (default)（混合模式执行-默认）
    -Xint             interpreted mode execution only（仅解释模式执行）
    -Xbootclasspath:（用:分隔的目录和zip/jar文件）
                      set search path for bootstrap classes and resources（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）
                      append to end of bootstrap class path（附加在引导类末尾）
    -Xbootclasspath/p:（用:分隔的目录和zip/jar文件）
                      prepend in front of bootstrap class path（置于引导类路径之前
    -Xdiag            show additional diagnostic messages（显示附加诊断信息）
    -Xnoclassgc       disable class garbage collection（禁用类垃圾收集）
    -Xincgc           enable incremental garbage collection（启用增量垃圾收集）
    -Xloggc:    log GC status to a file with time stamps（将GC状态记录在文件中-带时间戳）
    -Xbatch           disable background compilation（禁用后台编译）
    -Xms        set initial Java heap size（设置初始java堆大小）
    -Xmx        set maximum Java heap size（设置最大java堆大小）
    -Xss        set java thread stack size（设置java线程堆大小）
    -Xprof            output cpu profiling data（输出CPU配置文件数据）
    -Xfuture          enable strictest checks, anticipating future default（启用最严格的检查，预期将来的默认值）
    -Xrs              reduce use of OS signals by Java/VM (see documentation)（减少java/VM 对操作系统信号的使用-请参阅文档）
    -Xcheck:jni       perform additional checks for JNI functions（对JNI函数执行其他检查）
    -Xshare:off       do not attempt to use shared class data（不尝试使用共享数据）
    -Xshare:auto      use shared class data if possible (default)（在可能的情况下使用共享数据-默认）
    -Xshare:on        require using shared class data, otherwise fail.（要求使用共享数据，否则失败）
    -XshowSettings    show all settings and continue（显示所有设置并继续）
    -XshowSettings:all
                      show all settings and continue（显示所有设置并继续）
    -XshowSettings:vm show all vm related settings and continue（显示所有与VM相关的设置并继续）
    -XshowSettings:properties
                      show all property settings and continue（显示所有属性设置并继续）
    -XshowSettings:locale
                      show all locale related settings and continue（显示所有与区域相关的设置并继续）

2.4 -Xint、-Xcomp、-Xminxed

在解释模式（interpreted mode）下，-Xint标记会强制jvm执行所有字节码，当然这会降低运行速度，通常低10倍或更多。(编译比较快，运行慢)
-Xcomp参数与（-Xint)正好相反，JVM在第一次使用时会把所有字节码编译成本地代码，从而带来最大程度的优化。（编译比较慢，运行快）
然而，很多应用在使用-Xcomp也会有一些性能损失，但是比-Xint损失的少，原因是-Xcomp没有让jvm启用JIT编译期的全部功能。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，对于那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，是默认也是推荐的模式。
示例：强制设置运行模式

# 强制设置为解释模式
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -showversion -Xint TestJVM
java version "1.8.0_144"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_144-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.144-b01, interpreted mode)

str==null
# 强制设置为编译模式
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -showversion -Xcomp TestJVM
java version "1.8.0_144"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_144-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.144-b01, compiled mode)

str==null
# 默认为混合模式
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -showversion TestJVM
java version "1.8.0_144"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_144-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.144-b01, mixed mode)

str==null

2.5 -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2种方式，一种是boolean类型，一种是非Boolean类型。

boolean类型
格式：-XX:[±]表示启用或禁用属性
例如：-XX:+DisableExplictGC 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:=表示属性的值为
例如：-XX:NewRatio=1 表示新生代和老生代的比值
用法：

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -showversion -XX:+DisableExplicitGC TestJVM
java version "1.8.0_144"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_144-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.144-b01, mixed mode)

str==null

2.6 -Xms与-Xmx参数(初始值和最大大小)
-Xms月-Xmx分别是设置jvm的堆内存的初始值大小和最大大小。

-Xmx2048m:等价于-XX:MaxHeapSize,设置jvm的最大堆内存为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：

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -Xms128m -Xmx256m TestJVM
str==null

2.7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进程参数；

2.6.1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。

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# java -XX:+PrintFlagsFinal vsersion
[Global flags]
    uintx AdaptiveSizeDecrementScaleFactor          = 4                                   {product}
    uintx AdaptiveSizeMajorGCDecayTimeScale         = 10                                  {product}
    uintx AdaptiveSizePausePolicy                   = 0                                   {product}
....

2.6.2 查看正在运行的jvm参数

如果想要查看正在运

# 查看所有的参数，用法：jinfo -flags <进程id>
# 通过jps或者 jps -l查看java进程
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# jps
2194 Jps
16919 ResourceManager
19657 Bootstrap
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# jps -l
2210 sun.tools.jps.Jps
16919 org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager.ResourceManager
19657 org.apache.catalina.startup.Bootstrap

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# jinfo -flags 19657
Attaching to process ID 19657, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.144-b01
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=2 -XX:InitialHeapSize=31457280 -XX:MaxHeapSize=482344960 -XX:MaxNewSize=160759808 -XX:MinHeapDeltaBytes=196608 -XX:NewSize=10485760 -XX:OldSize=20971520 -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps 
Command line:  -Djava.util.logging.config.file=/opt/java/tomcat85/conf/logging.properties -Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager -Djdk.tls.ephemeralDHKeySize=2048 -Djava.protocol.handler.pkgs=org.apache.catalina.webresources -Dorg.apache.catalina.security.SecurityListener.UMASK=0027 -Dignore.endorsed.dirs= -Dcatalina.base=/opt/java/tomcat85 -Dcatalina.home=/opt/java/tomcat85 -Djava.io.tmpdir=/opt/java/tomcat85/temp
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]#

# 查看某一参数的值，用法：jinfo -flag <参数名> <进程id>
jinfo -flag CICompilerCount 19657
-XX:CICompilerCount=2

行的jvm就需要借助于jinfo命令查看

首先启动一个Tomcat用于测试，来观察运行的jvm参数

# 查看所有的参数，用法：jinfo -flags <进程id>
# 通过jps或者 jps -l查看java进程
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# jps
2194 Jps
16919 ResourceManager
19657 Bootstrap
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# jps -l
2210 sun.tools.jps.Jps
16919 org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager.ResourceManager
19657 org.apache.catalina.startup.Bootstrap

[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]# jinfo -flags 19657
Attaching to process ID 19657, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.144-b01
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=2 -XX:InitialHeapSize=31457280 -XX:MaxHeapSize=482344960 -XX:MaxNewSize=160759808 -XX:MinHeapDeltaBytes=196608 -XX:NewSize=10485760 -XX:OldSize=20971520 -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps 
Command line:  -Djava.util.logging.config.file=/opt/java/tomcat85/conf/logging.properties -Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager -Djdk.tls.ephemeralDHKeySize=2048 -Djava.protocol.handler.pkgs=org.apache.catalina.webresources -Dorg.apache.catalina.security.SecurityListener.UMASK=0027 -Dignore.endorsed.dirs= -Dcatalina.base=/opt/java/tomcat85 -Dcatalina.home=/opt/java/tomcat85 -Djava.io.tmpdir=/opt/java/tomcat85/temp
[root@iZ8vb9fnmvw0un4s5l6adsZ jvm]#

# 查看某一参数的值，用法：jinfo -flag <参数名> <进程id>
jinfo -flag CICompilerCount 19657
-XX:CICompilerCount=2

三、JVM的内存模型 

 jdk1.7的堆内存模型

Young年轻(代)

Young区被划分为三部分.Eden区域=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,另外一个留作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,仍然存活与Survivor的对象将被移动到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去,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类,不过再涉及到热部署的应用服务器的时候,有时候会遇到java.lang,OutOfMemoryRrror:PermGen space的错误,在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对象保存了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

最大内存和初始化内存的差值,就是Virtual区

 jdk1.8的堆内存模型(没有了永久代 被元空间取代了)

 

 

 

为什么要废弃永久带呢?

 多除永久代是为融合HotSpot JVM.与3 Rockit VMi而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代.

其实在现实使用中,由于永久代内存经常不够用或发生内存蟹肉,爆出java.lang,OutOfMemoryRrror:PermGen space,所以将永久区废弃,而改用元空间,改为了适用本地内存空间