04性能监控与调优篇（D1

一、引言

二、基本介绍

三、JVM基础

1. java堆

2. 垃圾回收

3. STW

四、调优层次

五、调优指标

六、JVM调优原则

1. 优先原则

2. 堆设置

3. 垃圾回收器设置

1> GC 发展阶段

2> G1的适用场景

3> 其他收集器适⽤场景

4. 年轻代设置

5. 年⽼代设置

6. 方法区设置

七、JVM调优步骤

1. 监控分析

1.1. 如何⽣成GC⽇志

1.2. 如何产⽣dump⽂件

1> JVM的配置⽂件中配置

2> jmap生成

3> 第三⽅可视化⼯具⽣成

4> 知识小结

2. 判断

3. 确定目标

4. 调整参数

5. 对⽐调优前后指标差异

6. 重复以上过程

7. 应⽤

一、引言

当Java程序性能达不到⽬标，且架构上的优化、代码上的优化⼿段都已经穷尽时，通常需要调整垃

圾回收器和JVM内存空间配置来进⼀步提⾼性能，这就是JVM调优。JVM性能调优是个⽼⽣常谈的

话题，本⽂就⼀步步带你系统地探寻JVM调优。

本⽂通过理论加实践的⽅式逐步讲解JVM调优，共分四部分。

第⼀部分：基本介绍，主要讲解关于JVM调优的理论概念知识；
第⼆部分：JVM调优⼯具，主要讲述在调优过程中所使⽤的⼯具以及命令；
第三部分：JVM参数，主要讲述JVM主要调优参数；
第四部分：案例分析，通过前三章的理论基础结合真实项⽬案例来看看如何进⾏调优

二、基本介绍

本章主要通过JVM基础、调优层次、调优指标、何时JVM调优、JVM调优⽬标、JVM调优原则以及

JVM调优步骤介绍，以达到对JVM调优有个整体上的认识，后续通过具体的案例结合理论来看下如

何进行调优。

三、JVM基础

在讲JVM调优之前，先简单回顾下JVM相关的基础知识，这⾥我们重点回顾下JAVA堆、垃圾回收

器。这两块也是在JVM调优过程中重点关注的部分。

1. java堆

被所有线程共享，在虚拟机启动时创建，⽤来存放对象实例，⼏乎所有的对象实例都在这⾥分配

内存。

对于⼤多数应⽤来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最⼤的⼀块。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”。

如果从内存回收的⻆度看，由于现在收集器基本都是采⽤的分代收集算法，所以java堆中还可以细

分为：新⽣代和⽼年代；新⽣代⼜有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间三部分。

java 堆不需要连续内存，并且可以通过动态增加其内存，增加失败会抛出 OutOfMemoryError 异

常。

2. 垃圾回收

针对HotSpot VM的实现，它⾥⾯的GC其实准确分类只有两⼤种：

Partial GC：并不收集整个GC堆的模式。其中⼜分为

- 新⽣代的回收：(Minor GC/Young GC),只收集新⽣代的GC
- ⽼年代的回收：(Major GC/Old GC),只收集⽼年代的GC。⽬前只有CMS的concurrent collection是这个模式，只收集⽼年代。
- Mixed GC：收集整个young gen以及部分old gen的GC。只有G1有这个模式。

Full GC：收集整个堆，包括young gen、old gen、perm gen（如果存在的话）等所有部分的模式。

Major GC通常是跟full GC是等价的，收集整个GC堆。

但因为HotSpot VM发展了这么多年，外界对各种名词的解读已经完全混乱了，

当有⼈说“major GC”的时候⼀定要问清楚他想要指的是上⾯的full GC还是old GC。

3. STW

Stop-the-World,简称STW，指的是GC事件发⽣过程中，会产⽣应⽤程序的停顿。

停顿是产⽣时整个应⽤程序线程会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为

STW。

Stop-the-world意味着 JVM由于要执⾏GC⽽停⽌了应⽤程序(⽤户线程、⼯作线程)的执⾏，并且

这种情形会在任何⼀种GC算法中发⽣。

当Stop-the-world发⽣时，除了GC所需的线程以外，所有线程都处于等待状态直到GC任务完成。

STW事件和采⽤哪款GC⽆关，所有的GC都有这个事件。哪怕是G1也不能完全避免Stop-the-world

情况发⽣，只能说垃圾回收器越来越优秀，回收效率越来越⾼，尽可能缩短了暂停时间。

STW是JVM在后台⾃动发起和自动完成的，在⽤户不可⻅的情况下，把⽤户正常的⼯作线程全部

停掉。

随着应⽤程序越来越复杂，每次GC不能保证应⽤程序的正常运⾏。⽽经常造成STW的GC跟不上

实际的需求，所以才需要不断对GC进行优化。事实上，GC优化很多时候就是指减少Stop-the-

world发⽣的时间，从⽽使系统具有⾼吞吐、低停顿的特点。

四、调优层次

性能调优包含多个层次，⽐如:架构调优、代码调优、JVM调优、数据库调优、操作系统调优等。

架构调优和代码调优是JVM调优的基础，其中架构调优是对系统影响最⼤的。

五、调优指标

吞吐量:运⾏⽤户代码的时间占总运⾏时间的⽐例（总运⾏时间=程序的运⾏时间+内存回收的时间）；
暂停时间:执⾏垃圾收集时，程序的⼯作线程被暂停的时间；
内存占⽤:java堆区所占的内存⼤⼩；

注重吞吐量：吞吐量优先，意味着在单位时间内，STW的时间最短：0.2 + 0.2= 0.4 s

注重低延迟：暂停时间优先，意味这尽可能让单次STW的时间最短:0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 =

0.5 s

这三者共同构成⼀个”不可能三⻆“。三者总体的表现会随着技术进步⽽越来越好。⼀款优秀的收集

器通常最多同时满⾜其中的两项。

简单来说，主要抓住两点：

吞吐量
暂停时间

在设计(或使⽤)GC算法时，必须确定我们的⽬标：

⼀个GC算法只可能针对两个⽬标之⼀(即只专注于较⼤吞吐量或最⼩暂停时间)，或尝试找⼀个⼆

者的折衷。

现在标准，在最⼤吞吐量优先的情况下，降低停顿时间

六、JVM调优原则

1. 优先原则

优先架构调优和代码调优，JVM优化是不得已的⼿段，⼤多数的Java应⽤不需要进⾏JVM优化

2. 堆设置

参数-Xms和-Xmx，通常设置为相同的值，避免运⾏时要不断扩展JVM内存，建议扩⼤⾄3-4倍

FullGC后的⽼年代空间占⽤。

3. 垃圾回收器设置

1> GC 发展阶段

Serial => Parallel（并⾏) => CMS（并发) => G1 => ZGC

截⽌jdk1.8 ，⼀共有7款不同垃圾收集器。

每⼀款不同的垃圾收集器都有不同的特点，在具体使⽤的时候，需要根据具体的情况选择不同的

垃圾回收器

垃圾收集器	分类	作用位置	使⽤算法	特点	使⽤场景
Serial	串⾏	新⽣代	复制算法	响应速度优先	适⽤于单CPU环境下client模式
ParNew	并⾏	新⽣代	复制算法	响应速度优先	多CPU环境下Server模式下与CMS配合使⽤
Parallel	并⾏	新⽣代	复制算法	吞吐量优先	适⽤于后台运算⽽不需要太多交互的场景
Serial Old	串⾏	⽼年代	标记-压缩	响应速度优先	适⽤于单CPU环境下client模式
Parallel Old	并⾏	⽼年代	标记-压缩	吞吐量优先	适⽤于后台运算⽽不需要太多交互的场景
CMS	并发	⽼年代	标记-清除	响应速度优先	适⽤于互联⽹或B/S业务
G1	并发、并⾏	新、⽼	复制;标记	响应速度优先	⾯向服务端应⽤

两个垃圾回收器之间有连线表示它们可以搭配使⽤，可选的搭配⽅案如下：

2> G1的适用场景

⾯向服务端应⽤，针对具有⼤内存、多处理器的机器。(在普通⼤⼩的堆⾥表现并不惊喜)
最主要的应⽤是需要低GC延迟，并具有⼤堆的应⽤程序提供解决⽅案；
在堆⼤⼩约6GB或更⼤时，可预测的暂停时间可以低于0.5秒；

(G1通过每次只清理⼀部分⽽不是全部Region的增量式清理在保证每次GC停顿时间不会过⻓) 。

⽤来替换掉JDK1.5中的CMS收集器，以下情况，使⽤G1可能⽐CMS好

- 超过50% 的java堆被活动数据占⽤;
- 对象分配频率或年代提升频率变化很⼤；
- GC停顿时间过⻓(⼤于0.5⾄1秒)

从经验上来说，整体⽽⾔：

- ⼩内存应⽤上，CMS ⼤概率会优于 G1；
- ⼤内存应⽤上，G1 则很可能更胜⼀筹。

这个临界点⼤概是在 6~8G 之间（经验值）

3> 其他收集器适⽤场景

如果你想要最⼩化地使⽤内存和并⾏开销，请选择Serial Old(⽼年代) + Serial(年轻代)
如果你想要最⼤化应⽤程序的吞吐量，请选择Parallel Old(⽼年代) + Parallel(年轻代)
如果你想要最⼩化GC的中断或停顿时间，请选择CMS(⽼年代) + ParNew(年轻代)

4. 年轻代设置

参数-Xmn，1-1.5倍FullGC之后的⽼年代空间占⽤。

避免新⽣代设置过⼩，当新⽣代设置过⼩时，会产⽣两种⽐较明显的现象，⼀是minor GC次数频

繁，⼆是可能导致 minor GC对象直接进⼊⽼年代。当⽼年代内存不⾜时，会触发Full GC。

避免新⽣代设置过⼤，当新⽣代设置过⼤时，会带来两个问题：⼀是⽼年代变⼩，可能导致Full

GC频繁执⾏；⼆是 minor GC 执⾏回收的时间⼤幅度增加。

-Xmn ⾄于这个参数则是对 -XX:newSize、-XX:MaxnewSize两个参数的同时配置，也就是说如果

通过-Xmn来配置新⽣代的内存⼤⼩，那么-XX:newSize = -XX:MaxnewSize　=　-Xmn，虽然会很

⽅便，但需要注意的是这个参数是在JDK1.4版本以后才使⽤的。

5. 年⽼代设置

注重低延迟的应用：

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;
如果堆设置偏⼩，可能会造成内存碎⽚、⾼回收频率以及应⽤暂停；
如果堆设置偏⼤，则需要较⻓的收集时间。

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，⽽年⽼代尽存放⻓期存活对

象

6. 方法区设置

基于jdk1.7版本，永久代：参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize；

基于jdk1.8版本，元空间：参数 -XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize；

通常设置为相同的值，避免运⾏时要不断扩展，建议扩⼤⾄1.2-1.5倍FullGc后的永久带空间占⽤。

七、JVM调优步骤

1. 监控分析

分析GC⽇志及dump⽂件，判断是否需要优化，确定瓶颈问题点。

监控JVM的状况，可以使⽤jdk⾃带的命令或者第三⽅可视化⼯具查看其运⾏状态。

1.1. 如何⽣成GC⽇志

常⽤参数部分会详细讲解如何⽣成GC⽇志

1.2. 如何产⽣dump⽂件

1> JVM的配置⽂件中配置

JVM启动时增加两个参数：

#出现 OOME 时⽣成堆 dump:
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError#⽣成堆⽂件地址：
-XX:HeapDumpPath=/home/hadoop/dump/

package com.wclass.example;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.Random;/** -Xmx100m -Xms100m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -* XX:HeapDumpPath=/Users/hadoop/Desktop*/public class OOMTest {public static void main(String[] args) {List<Picture> list = new ArrayList<>();while (true){try {Thread.sleep(20);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024 * 1024)));}}
}class Picture{private byte[] pixels;public Picture(int length){this.pixels = new byte[length];}}

2> jmap生成

发现程序异常前通过执⾏指令，直接⽣成当前JVM的dump⽂件，9257是指JVM的进程号

jmap -dump:file=⽂件名.dump [pid]jmap -dump:format=b,file=testmap.dump 9257

package com.wclass.example;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/*** -XX:+PrintCommandLineFlags */
public class GCUseTest {public static void main(String[] args) {List<byte[]> list = new ArrayList<>();while (true){byte[] arr = new byte[100];list.add(arr);try {Thread.sleep(10000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}