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JVM 调优参数详解

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GC有两种类型:Scavenge GC 和Full GC
1、Scavenge GC
   一般情况下,当新对象生成,并且在Eden申请空间失败时,就会触发Scavenge GC,堆的Eden区域进行GC,清除非存活对象,并且把尚且存活的对象移动到Survivor的两个区中。
2、Full GC
   对整个堆进行整理,包括Young、Tenured和Perm。Full GC 比Scavenge GC要慢,因此应该尽可能减少Full GC,有如下原因可能导致Full GC
   a、Tenured被写满;
   b、Perm域被写满
   c、System.gc()被显示调用
   d、上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化;


-Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k

JVM中最大堆大小受三方面限制,相关操作系统的数据模型(32位还是64位)限制;系统的可用虚拟内存限制;系统的可用物理内存限制
-Xmx512m:
   设置JVM实例堆最大可用内存为512M。
-Xms512m:
   设置JVM促使内存为512m。此值可以设置与-Xmx相同,以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。
-Xmn192m
   设置年轻代大小为192m。整个JVM内存大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m,所以增大年轻代后,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。
-Xss128k
   设置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。

注意下面问题:     
(1)增加Heap的大小虽然会降低GC的频率,但也增加了每次GC的时间。并且GC运行时,所有的用户线程将暂停,也 就是GC期间,Java应用程序不做任何工作。
(2)Heap大小并不决定进程的内存使用量。进程的内存使用量要大于-Xmx定义的值,因为Java为其他任务分配内存,例如每个线程的Stack等。  
(3)Server端JVM最好将-Xms和-Xmx设为相同值。为了优化GC,最好让-Xmn值约等于-Xmx的1/3(也有指出为3/8)。
(4)一个应用程序最好是每10到20秒间运行一次GC,每次在半秒之内完成。

java  -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0
-XX:NewRatio=4
   设置年轻代(包括Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代)。设置为4,则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
-XX:SurvivorRatio=4
   设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4,一个Survivor区占整个年轻代的1/6

-XX:PermSize=128M
   设置持久代大小为128M
-XX:MaxPermSize=16m
   设置持久代最大为16m。
     MaxPermSize过小会导致:java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 

-XX:MaxTenuringThreshold=0
    设置垃圾最大年龄。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论。


JVM给了三种选择:
   串行收集器
      使用单线程处理所有垃圾回收工作,因为无需多线程交互,所以效率比较高,但是也无法使用多处理器的优势,所以此收集器使用单处理器机器。当然此收集器也可以用在小数据量(100M)情况下的多处理器机器上,可以使用-XX:+UseSericalGC打开

      适用情况:数据量比较小(100M左右);单处理器下并对相应时间无要求的应用
      缺点:只能用于小型应用
   并行收集器
       对年轻代进行并行垃圾回收,因此可以减少垃圾回收时间,一般在多线程处理机器上使用。在Java SE6.0中进行了增强,可以在年老代进行并行收集,如果年老代不使用并发收集的话,使用单线程进行垃圾回收,因此会制约扩展能力,使用-XX:+UserParallelOldGC打开

       -XX:ParallelGCThreads=N,设置并行垃圾回收的线程数,此值可以设置与机器处理机数量一致;

       使用情况:“对吞吐量有高要求”,多CPU,对应用时间无要求的中、大型应用。如后台处理、科学计算
       缺点:应用相应时间可能较长;
   并发收集器
       可以保证大部分工作都并发进行(应用不停止),垃圾回收只暂停很少时间,此收集器适合对相应时间要求比较较高的中、大规模应用。
       使用-XX:+UseGoncMarkSweepGC打开

       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。如:Web服务器/应用服务器、电信交换、集成开发环境

但是串行收集器只适用于小数据量的情况,所以这里的选择主要针对并行收集器和并发收集器。
   默认情况下,JDK5.0以前都是使用串行收集器,如果想使用其他收集器需要在启动时加入相应参数。JDK5.0以后,JVM会根据当前系统配置进行判断。

吞吐量优先的并行收集器
   如上文所述,并行收集器主要以到达一定的吞吐量为目标,适用于科学技术和后台处理等。
典型配置:
java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20
-XX:+UseParallelGC
   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。
-XX:ParallelGCThreads=20
   配置并行收集器的线程数,即:同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配置与处理器数目相等。
java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC
-XX:+UseParallelOldGC
    配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDK6.0支持对年老代并行收集。
java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC  -XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:MaxGCPauseMillis=100
    设置每次年轻代垃圾回收的最长时间,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。
    如果指定了此值的话,堆大小和垃圾回收相关参数会进行调整以达到指定值,设定辞职可能会减少应用的吞吐量。
java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC  -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
   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=n: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)
  吞吐量,吞吐量为垃圾回收时间与非垃圾回收时间的比值。-XX:GCTimeRatio=19时,表示5%的时间用于垃圾回收,默认情况99,即1%的时间用于垃圾回收


响应时间优先的并行收集器
如上文所述,并发收集器主要是保证系统的响应时间,减少垃圾收集时的停顿时间。适用于应用服务器、电信领域等。
典型配置:
java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
-XX:+UseConcMarkSweepGC
    设置年老代为并发收集。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:+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。
java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction
   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:+UseCMSCompactAtFullCollection
    打开对年老代的压缩。可能会影响性能,但是可以消除碎片  



辅助信息
JVM提供了大量命令行参数,打印信息,供调试使用。主要有以下一些:
-XX:+PrintGC
输出形式:[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs]
                [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
-XX:+PrintGCDetails
输出形式:[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
                [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGC:PrintGCTimeStamps可与上面两个混合使用
输出形式:11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]
-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:Application time: 0.5291524 seconds
-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:Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds
-XX:PrintHeapAtGC:打印GC前后的详细堆栈信息   


常见配置汇总
堆设置
-Xms:初始堆大小
-Xmx:最大堆大小
-XX:NewSize=n:设置年轻代大小
-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3,表示年轻代与年老代比值为1:3,年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如:3,表示Eden:Survivor=3:2,一个Survivor区占整个年轻代的1/5
-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
收集器设置
-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
垃圾回收统计信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename
并行收集器设置
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
-XX:GCTimeRatio=n: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)
并发收集器设置
-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时,使用的CPU数。并行收集线程数。


JVM调优工具Jconsole,jProfile,VisualVM
    Jconsole :JDK自带,功能简单,但是可以在系统有一定负荷的情况下使用。对垃圾回收算法有很详细的跟踪。
    JProfiler:商业软件,需要付费。功能强大。
    VisualVM:JDK自带,功能强大,与JProfiler类似。推荐


内存泄漏检查
   内存泄漏是比较常见的问题,而且解决方法也比较通用,这里可以重点说一下,而线程、热点方面的问题则是具体问题具体分析了。内存泄漏一般可以理解为系统资源(各方面的资源,堆、栈、线程等)在错误使用的情况下,导致使用完毕的资源无法回收(或没有回收),从而导致新的资源分配请求无法完成,引起系统错误。内存泄漏对系统危害比较大,因为他可以直接导致系统的崩溃。需要区别一下,内存泄漏和系统超负荷两者是有区别的,虽然可能导致的最终结果是一样的。内存泄漏是用完的资源没有回收引起错误,而系统超负荷则是系统确实没有那么多资源可以分配了(其他的资源都在使用)。

调优总结
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。
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:
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
减少年轻代和年老代花费的时间,一般会提高应用的效率

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Full GC后,对年老代进行压缩
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