JVM系列三:JVM参数设置、分析
JVM系列三:JVM参数设置、分析
不管是YGC还是FullGC,GC过程中都会对导致程序运行中中断,正确的选择不同的GC策略,调整JVM、GC的参数，可以极大的减少由于GC工作，而导致的程序运行中断方面的问题，进而适当的提高Java程序的工作效率。但是调整GC是以个极为复杂的过程，由于各个程序具备不同的特点，如：web和GUI程序就有很大区别（Web可以适当的停顿，但GUI停顿是客户无法接受的），而且由于跑在各个机器上的配置不同（主要cup个数，内存不同），所以使用的GC种类也会不同(如何选择见GC种类及如何选择)。本文将注重介绍JVM、GC的一些重要参数的设置来提高系统的性能。
JVM内存组成及GC相关内容请见之前的文章:JVM内存组成GC策略&内存申请。
JVM参数的含义实例见实例分析
| 参数名称 | 含义 | 默认值 | |
| -Xms | 初始堆大小 | 物理内存的1/64(<1GB) | 默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制. |
| -Xmx | 最大堆大小 | 物理内存的1/4(<1GB) | 默认(MaxHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制 |
| -Xmn | 年轻代大小(1.4orlator) |
注意：此处的大小是（eden+2survivorspace).与jmap-heap中显示的Newgen是不同的。 整个堆大小=年轻代大小+年老代大小+持久代大小. 增大年轻代后,将会减小年老代大小.此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8 |
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| -XX:NewSize | 设置年轻代大小(for1.3/1.4) | ||
| -XX:MaxNewSize | 年轻代最大值(for1.3/1.4) | ||
| -XX:PermSize | 设置持久代(permgen)初始值 | 物理内存的1/64 | |
| -XX:MaxPermSize | 设置持久代最大值 | 物理内存的1/4 | |
| -Xss | 每个线程的堆栈大小 | JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K.更具应用的线程所需内存大小进行调整.在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程.但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000左右 一般小的应用，如果栈不是很深，应该是128k够用的大的应用建议使用256k。这个选项对性能影响比较大，需要严格的测试。（校长） 和threadstacksize选项解释很类似,官方文档似乎没有解释,在论坛中有这样一句话:"” -XssistranslatedinaVMflagnamedThreadStackSize” 一般设置这个值就可以了。 |
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| -XX:ThreadStackSize | ThreadStackSize | (0meansusedefaultstacksize)[Sparc:512;Solarisx86:320(was256priorin5.0andearlier);Sparc64bit:1024;Linuxamd64:1024(was0in5.0andearlier);allothers0.] | |
| -XX:NewRatio | 年轻代(包括Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代) | -XX:NewRatio=4表示年轻代与年老代所占比值为1:4,年轻代占整个堆栈的1/5 Xms=Xmx并且设置了Xmn的情况下，该参数不需要进行设置。 |
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| -XX:SurvivorRatio | Eden区与Survivor区的大小比值 | 设置为8,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10 | |
| -XX:LargePageSizeInBytes | 内存页的大小不可设置过大，会影响Perm的大小 | =128m | |
| -XX:+UseFastAccessorMethods | 原始类型的快速优化 | ||
| -XX:+DisableExplicitGC | 关闭System.gc() | 这个参数需要严格的测试 | |
| -XX:MaxTenuringThreshold | 垃圾最大年龄 | 如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入年老代.对于年老代比较多的应用,可以提高效率.如果将此值设置为一个较大值,则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制,这样可以增加对象再年轻代的存活时间,增加在年轻代即被回收的概率 该参数只有在串行GC时才有效. |
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| -XX:+AggressiveOpts | 加快编译 | ||
| -XX:+UseBiasedLocking | 锁机制的性能改善 | ||
| -Xnoclassgc | 禁用垃圾回收 | ||
| -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB | 每兆堆空闲空间中SoftReference的存活时间 | 1s | softlyreachableobjectswillremainaliveforsomeamountoftimeafterthelasttimetheywerereferenced.Thedefaultvalueisonesecondoflifetimeperfreemegabyteintheheap |
| -XX:PretenureSizeThreshold | 对象超过多大是直接在旧生代分配 | 0 | 单位字节新生代采用ParallelScavengeGC时无效 另一种直接在旧生代分配的情况是大的数组对象,且数组中无外部引用对象. |
| -XX:TLABWasteTargetPercent | TLAB占eden区的百分比 | 1% | |
| -XX:+CollectGen0First | FullGC时是否先YGC | false |
并行收集器相关参数
| -XX:+UseParallelGC | FullGC采用parallelMSC (此项待验证) |
选择垃圾收集器为并行收集器.此配置仅对年轻代有效.即上述配置下,年轻代使用并发收集,而年老代仍旧使用串行收集.(此项待验证) |
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| -XX:+UseParNewGC | 设置年轻代为并行收集 | 可与CMS收集同时使用 JDK5.0以上,JVM会根据系统配置自行设置,所以无需再设置此值 |
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| -XX:ParallelGCThreads | 并行收集器的线程数 | 此值最好配置与处理器数目相等同样适用于CMS | |
| -XX:+UseParallelOldGC | 年老代垃圾收集方式为并行收集(ParallelCompacting) | 这个是JAVA6出现的参数选项 | |
| -XX:MaxGCPauseMillis | 每次年轻代垃圾回收的最长时间(最大暂停时间) | 如果无法满足此时间,JVM会自动调整年轻代大小,以满足此值. | |
| -XX:+UseAdaptiveSizePolicy | 自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例 | 设置此选项后,并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例,以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等,此值建议使用并行收集器时,一直打开. | |
| -XX:GCTimeRatio | 设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比 | 公式为1/(1+n) | |
| -XX:+ScavengeBeforeFullGC | FullGC前调用YGC | true | DoyounggenerationGCpriortoafullGC.(Introducedin1.4.1.) |
CMS相关参数
| -XX:+UseConcMarkSweepGC | 使用CMS内存收集 | 测试中配置这个以后,-XX:NewRatio=4的配置失效了,原因不明.所以,此时年轻代大小最好用-Xmn设置.??? | |
| -XX:+AggressiveHeap | 试图是使用大量的物理内存 长时间大内存使用的优化，能检查计算资源（内存，处理器数量） 至少需要256MB内存 大量的CPU／内存，（在1.4.1在4CPU的机器上已经显示有提升） |
||
| -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction | 多少次后进行内存压缩 | 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.此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩,整理. | |
| -XX:+CMSParallelRemarkEnabled | 降低标记停顿 | ||
| -XX+UseCMSCompactAtFullCollection | 在FULLGC的时候，对年老代的压缩 | CMS是不会移动内存的，因此，这个非常容易产生碎片，导致内存不够用，因此，内存的压缩这个时候就会被启用。增加这个参数是个好习惯。 可能会影响性能,但是可以消除碎片 |
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| -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly | 使用手动定义初始化定义开始CMS收集 | 禁止hostspot自行触发CMSGC | |
| -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 | 使用cms作为垃圾回收 使用70％后开始CMS收集 |
92 | 为了保证不出现promotionfailed(见下面介绍)错误,该值的设置需要满足以下公式CMSInitiatingOccupancyFraction计算公式 |
| -XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction | 设置PermGen使用到达多少比率时触发 | 92 | |
| -XX:+CMSIncrementalMode | 设置为增量模式 | 用于单CPU情况 | |
| -XX:+CMSClassUnloadingEnabled |
辅助信息
| -XX:+PrintGC | 输出形式: [GC118250K->113543K(130112K),0.0094143secs] |
||
| -XX:+PrintGCDetails | 输出形式:[GC[DefNew:8614K->781K(9088K),0.0123035secs]118250K->113543K(130112K),0.0124633secs] |
||
| -XX:+PrintGCTimeStamps | |||
| -XX:+PrintGC:PrintGCTimeStamps | 可与-XX:+PrintGC-XX:+PrintGCDetails混合使用 输出形式:11.851:[GC98328K->93620K(130112K),0.0082960secs] |
||
| -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime | 打印垃圾回收期间程序暂停的时间.可与上面混合使用 | 输出形式:Totaltimeforwhichapplicationthreadswerestopped:0.0468229seconds | |
| -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime | 打印每次垃圾回收前,程序未中断的执行时间.可与上面混合使用 | 输出形式:Applicationtime:0.5291524seconds | |
| -XX:+PrintHeapAtGC | 打印GC前后的详细堆栈信息 | ||
| -Xloggc:filename | 把相关日志信息记录到文件以便分析. 与上面几个配合使用 |
||
-XX:+PrintClassHistogram |
garbagecollectsbeforeprintingthehistogram. | ||
| -XX:+PrintTLAB | 查看TLAB空间的使用情况 | ||
| XX:+PrintTenuringDistribution | 查看每次minorGC后新的存活周期的阈值 | Desiredsurvivorsize1048576bytes,newthreshold7(max15) |
GC性能方面的考虑
对于GC的性能主要有2个方面的指标：吞吐量throughput（工作时间不算gc的时间占总的时间比）和暂停pause（gc发生时app对外显示的无法响应）。
1.TotalHeap（堆）
默认情况下，vm会增加/减少heap大小以维持freespace在整个vm中占的比例，这个比例由MinHeapFreeRatio和MaxHeapFreeRatio指定。
一般而言，server端的app会有以下规则：
对vm分配尽可能多的memory；
将Xms和Xmx设为一样的值。如果虚拟机启动时设置使用的内存比较小，这个时候又需要初始化很多对象，虚拟机就必须重复地增加内存。
处理器核数增加，内存也跟着增大。
2.TheYoungGeneration（年轻区）
另外一个对于app流畅性运行影响的因素是younggeneration的大小。younggeneration越大，minorcollection越少；但是在固定heapsize情况下，更大的younggeneration就意味着小的tenuredgeneration（次收集），就意味着更多的majorcollection（主收集）(majorcollection会引发minorcollection)。
NewRatio反映的是young和tenuredgeneration的大小比例。NewSize和MaxNewSize反映的是younggeneration大小的下限和上限，将这两个值设为一样就固定了younggeneration的大小（同Xms和Xmx设为一样）。
如果希望，SurvivorRatio也可以优化survivor的大小，不过这对于性能的影响不是很大。SurvivorRatio是eden和survior大小比例。
一般而言，server端的app会有以下规则：
首先决定能分配给vm的最大的heapsize，然后设定最佳的younggeneration的大小；
如果heapsize固定后，增加younggeneration的大小意味着减小tenuredgeneration大小。让tenuredgeneration在任何时候够大，能够容纳所有live的data（留10%-20%的空余）。
经验&&规则
年轻代大小选择
响应时间优先的应用: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.
吞吐量优先的应用:尽可能的设置大,可能到达Gbit的程度.因为对响应时间没有要求,垃圾收集可以并行进行,一般适合8CPU以上的应用.
避免设置过小.当新生代设置过小时会导致:1.YGC次数更加频繁2.可能导致YGC对象直接进入旧生代,如果此时旧生代满了,会触发FGC.
年老代大小选择
响应时间优先的应用: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,可能会造成内存碎片,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:
并发垃圾收集信息、持久代并发收集次数、传统GC信息、花在年轻代和年老代回收上的时间比例。吞吐量优先的应用:一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代.原因是,这样可以尽可能回收掉大部分短期对象,减少中期的对象,而年老代尽存放长期存活对象.
较小堆引起的碎片问题
因为年老代的并发收集器使用标记,清除算法,所以不会对堆进行压缩.当收集器回收时,他会把相邻的空间进行合并,这样可以分配给较大的对象.但是,当堆空间较小时,运行一段时间以后,就会出现"碎片",如果并发收集器找不到足够的空间,那么并发收集器将会停止,然后使用传统的标记,清除方式进行回收.如果出现"碎片",可能需要进行如下配置:
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:使用并发收集器时,开启对年老代的压缩.
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0:上面配置开启的情况下,这里设置多少次FullGC后,对年老代进行压缩用64位操作系统，Linux下64位的jdk比32位jdk要慢一些，但是吃得内存更多，吞吐量更大
XMX和XMS设置一样大，MaxPermSize和MinPermSize设置一样大，这样可以减轻伸缩堆大小带来的压力
使用CMS的好处是用尽量少的新生代，经验值是128M－256M，然后老生代利用CMS并行收集，这样能保证系统低延迟的吞吐效率。实际上cms的收集停顿时间非常的短，2G的内存，大约20－80ms的应用程序停顿时间
系统停顿的时候可能是GC的问题也可能是程序的问题，多用jmap和jstack查看，或者killall-3java，然后查看java控制台日志，能看出很多问题。(相关工具的使用方法将在后面的blog中介绍)
仔细了解自己的应用，如果用了缓存，那么年老代应该大一些，缓存的HashMap不应该无限制长，建议采用LRU算法的Map做缓存，LRUMap的最大长度也要根据实际情况设定。
采用并发回收时，年轻代小一点，年老代要大，因为年老大用的是并发回收，即使时间长点也不会影响其他程序继续运行，网站不会停顿
JVM参数的设置(特别是�CXmx�CXms�CXmn-XX:SurvivorRatio-XX:MaxTenuringThreshold等参数的设置没有一个固定的公式，需要根据PVold区实际数据YGC次数等多方面来衡量。为了避免promotionfaild可能会导致xmn设置偏小，也意味着YGC的次数会增多，处理并发访问的能力下降等问题。每个参数的调整都需要经过详细的性能测试，才能找到特定应用的最佳配置。
promotionfailed:
垃圾回收时promotionfailed是个很头痛的问题，一般可能是两种原因产生，第一个原因是存活区空间不够，存活区空间里的对象还不应该被移动到年老代，但年轻代又有很多对象需要放入存活区空间；第二个原因是年老代没有足够的空间接纳来自年轻代的对象；这两种情况都会转向FullGC，网站停顿时间较长。
解决方方案一：
第一个原因我的最终解决办法是去掉救助空间，设置-XX:SurvivorRatio=65536-XX:MaxTenuringThreshold=0即可，第二个原因我的解决办法是设置CMSInitiatingOccupancyFraction为某个值（假设70），这样年老代空间到70%时就开始执行CMS，年老代有足够的空间接纳来自年轻代的对象。
解决方案一的改进方案：
又有改进了，上面方法不太好，因为没有用到救助空间，所以年老代容易满，CMS执行会比较频繁。我改善了一下，还是用救助空间，但是把救助空间加大，这样也不会有promotionfailed。具体操作上，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，CMS还是有暂停。为了解决暂停问题和promotionfailed问题，最后我设置-XX:SurvivorRatio=1，并把MaxTenuringThreshold去掉，这样即没有暂停又不会有promotoinfailed，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，这样，服务器都不用重启了。
-Xmx4000M-Xms4000M-Xmn600M-XX:PermSize=500M-XX:MaxPermSize=500M-Xss256K-XX:+DisableExplicitGC-XX:SurvivorRatio=1-XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:+UseParNewGC-XX:+CMSParallelRemarkEnabled-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0-XX:+CMSClassUnloadingEnabled-XX:LargePageSizeInBytes=128M-XX:+UseFastAccessorMethods-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0-XX:+PrintClassHistogram-XX:+PrintGCDetails-XX:+PrintGCTimeStamps-XX:+PrintHeapAtGC-Xloggc:log/gc.log
CMSInitiatingOccupancyFraction值与Xmn的关系公式
上面介绍了promontionfaild产生的原因是EDEN空间不足的情况下将EDEN与Fromsurvivor中的存活对象存入Tosurvivor区时,Tosurvivor区的空间不足，再次晋升到oldgen区，而oldgen区内存也不够的情况下产生了promontionfaild从而导致fullgc.那可以推断出：eden+fromsurvivor<oldgen区剩余内存时，不会出现promontionfaild的情况，即：
(Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction/100)>=(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2))进而推断出：
//(最大堆大小-年轻代大小)*(1-使用N％后开始CMS收集)>=(年轻代-年轻代/(Eden区与Survivor区的大小比值+2))
CMSInitiatingOccupancyFraction<=((Xmx-Xmn)-(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)))/(Xmx-Xmn)*100
//使用N％后开始CMS收集<=((最大堆大小-年轻代大小)-(最大堆大小-年轻代大小/(Eden区与Survivor区的大小比值+2)))/(最大堆大小-年轻代大小)*100
例如：
当xmx=128xmn=36SurvivorRatior=1时CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-36)-(36-36/(1+2)))/(128-36)*100=73.913
当xmx=128xmn=24SurvivorRatior=1时CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-24)-(24-24/(1+2)))/(128-24)*100=84.615…
当xmx=3000xmn=600SurvivorRatior=1时CMSInitiatingOccupancyFraction<=((3000.0-600)-(600-600/(1+2)))/(3000-600)*100=83.33
CMSInitiatingOccupancyFraction低于70%需要调整xmn或SurvivorRatior值。
令：
网上一童鞋推断出的公式是：:(Xmx-Xmn)*(100-CMSInitiatingOccupancyFraction)/100>=Xmn这个公式个人认为不是很严谨，在内存小的时候会影响xmn的计算。
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