01-JVM优化

1.为什么要学习JVM优化

2.JVM的运行参数

3.JVM的内存模型

4.jstat命令的使用

5.jamp命令的使用以及通过MAT工具进行分析

6.jstack的使用查看线程状态

7.VisualVM工具的使用

1.为什么要学习JVM优化

在本地开发环境中我们很少会遇到需要对jvm进行优化的需求，但是到了生产环境，我们可能有下面的需求

  • 运行的应用"卡住了",日志不输出，程序没有反应，怎么解决？

  • 服务器的CPU负载突然升高，怎么办？

  • 在多线程应用下，如何分配线程的数量?

  • 如何调试远程运行的tomcat?

2.JVM的运行参数

JVM的参数类型分为三类，分别是：

  • 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

2.1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

  • -help：命令检索出所有的标准参数

  • -version: 查看JVM版本

  • -Dxxxx=值 ： 设置属性xxxx=值，代码中System.getProperty(xxxx)获取值

可以通过java -server、java -client设置JVM的运行参数

  • server模式JVM的初始化堆空间会大一些，默认使用的是并行垃圾回收器，启动慢运行快。

  • client模式JVM初始化堆空间会小一些，使用串行的垃圾回收器，它的目标是为了让JVM的启动速度更快，但运行速度会比server模式慢些

  • 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

    • 32位操作系统：

      • 如果是windows系统，不论硬件配置如何，都默认使用client类型的JVM

      • 如果是其他操作系统，机器配置有2GB以上的内存同时有2个以上CPU的话默认使用server模式，否则使用client模式

    • 64位操作系统：只有server模式，不支持client类型

2.2 -X 非标准参数

-X参数是jvm的非标准参数，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

  • -Xint：解释模式，-Xint标记会强制JVM执行所有的字节码，当然这会降低运行速度，通常10倍或更多

  • -Xcomp：编译模式，与 -Xint相反，JVM在第一次使用时会把所有的字节码编译成本地代码，从而带来最来最大程度的优化，但是第一次执行的时候会慢一些

  • -Xmixed：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，这是jvm默认的模式，也是推荐的模式

  • Xms:设置jvm堆内存的初始大小

    • 如：-Xms512m等价于-XX:InitialHeapSize=字节大小,设置jvm初始堆内存为512m

  • Xmx:设置jvm堆内存的最大大小

    • 如：-Xmx2018m等价于-XX:MaxHeapSize=字节大小,设置jvm最大堆内存为2048m

2.3 -XX 非标准参数

-XX参数也是非标准参数，主要用于jvm的调优和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:[+-]属性名:表示启用或禁用指定属性名的属性

    • 如：-XX:+DisableExplicitGC 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:属性名=属性值：指定属性名和属性值

    • 如：-XX:NewRatio=1 表示新生代和老年代的比值

2.4 查看jvm的运行参数

  • 运行java命令时打印参数：需要添加-XX:+PrintFlagsFinal参数即可

    • 如：java -XX:+PrintFlagsFinal -version

    • 注意：该种方式打印的参数如果有boolean类型和数字类型，值的操作符是=或:=，分别代表默认值和被修改的值

  • 查看正在运行的jvm参数

    • jinfo -flags <进程id>

    • linux下查看进程命令：ps -ef|grep tomcat

    • jps 或者添加jps -l:jdk提供的查看运行的java进程

  • 查看某一个具体的参数

    • jinfo -flag MaxHeapSize 5512

3.JVM的内存模型

3.1 内存划分

  • 线程共享区： 方法区、堆内存

  • 线程独享：本地方法区、程序计数器、栈内存

3.2 各区存储内容

  • 方法区：保存的是类信息、常量、静态变量、JIT（即时）编译时代码;

      Class对象是存放在堆区的，不是方法区，这点很多人容易犯错。 
  类的元数据（元数据并不是类的Class对象。Class对象是加载的最终产品， 
  类的方法代码，变量名，方法名，访问权限，返回值等等都是在方法区的） 
  才是存在方法区的

  jvm为每个已加载的类型都维护一个常量池  

  注意：方法区jvm团队在设计上其实当成了永久区来设计，在jkd1.8之后，  
  永久区被废弃了之后，改为metaSpace（元数据区），方法区也被移动到该区域，  
  并且将原来方法区中的常量池移到了堆中

3.3 jdk1.7堆内存模型

  • Young年轻区（代）

    Young区被划分为三个部分，Eden区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 留做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 对象移动到空闲的Survivor区间中，根据JVM的策略，在经过几次垃圾 收集后，依然存活于Survivor的对象将被移动到Tenured区间。 Edon和Survivor0、Survivor1 内存大小比为8:1:1

  • Tenured年老区（代）

    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复制转移一定次数以后，对象就会被转移到Tenured区， 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、field对象，这部分的空间一般不会 溢出，除非一次性加载了很多的类，不过在涉及到热部署的应用服务器 的时候，有时候会遇到java.long.OutOfMemoryError:PermGen space 的错误，造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 在了perm中，这种情况下一般重新启动应用服务器可以解决问题

3.4 jdk1.8堆内存模型

  • jdk1.8的堆内存模型由2部分组成，年轻代+年老代 年轻代：Eden+2*Survivor 年老代：OldGen 在jdk1.8中变化最大的Perm区，用Metaspace(元数据空间)进行了替换 需要特别说明的是：Metaspace所占用的内存空间不是虚拟机内部的， 而是在本地内存中，这也是与jdk1.7的永久代最大的区别所在

  • 为什么jdk1.8要废弃1.7中的永久区？ 移除永久代是为了融合HotSpot JVM与JRockit VM而做出的努力， 因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代

3.5 总结： 一般用new新创建的对象会放到年轻代的Eden区，Eden区满的时候会进行GC, 将存活的对象转移到Survivor区，几次GC之后，依然存活于Survivor的对象 将被移动到年老代，年老代区间的对象也会被回收。这点在jdk1.7、jdk1.8中都是一样的

3.6 本地方法区：就是那些native方法，注意这些也是线程私有的

3.7 程序计数器：可以理解为指向当前线程调用的指针，是线程私有的

3.8 方法栈： 保存局部变量、引用等，线程私有

4.jstat命令的使用

通过jstat命令进行查看堆内存各部分的使用量，以及加载类的数量

命令格式如下： jstat [-命令选项][vmid][间隔时间/毫秒][查询次数]

4.1 查看class加载统计

jstat -class 6219

说明：

  • Loaded:加载class的数量

  • Bytes:所占用空间大小

  • Unloaded:未加载数量

  • Bytes:未加载占用空间

  • Time:时间

4.2 查看编译统计

jstat -compiler 6219

说明：

  • Compiled:编译数量

  • Failed:失败数量

  • Invalid:不可用数量

  • Time:时间

  • FailedType:失败类型

  • FailedMethod:失败的方法

4.3 垃圾回收统计

jstat -gc 6219

也可以指定打印的间隔和次数，每1秒中打印一次，共打印5次 jstat -gc 6219 1000 5

说明：

  • S0C：第一个Survivor区的大小（KB）

  • S1C：第二个Survivor区的大小（KB）

  • S0U：第一个Survivor区使用大小（KB）

  • S1U：第二个Survivor区使用大小（KB）

  • EC：Eden区的大小（KB）

  • EU：Eden区使用大小（KB）

  • OC：Old区的大小（KB）

  • OU：Old使用大小（KB）

  • MC：方法区大小（KB）

  • MU：方法区使用大小（KB）

  • CCSC：压缩类空间大小（KB）

  • CCSU：压缩类空间使用大小（KB）

  • YGC：年轻代垃圾回收次数

  • YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间

  • FGC：老年代垃圾回收次数

  • FGCT：老年代垃圾回收消耗时间

  • GCT：垃圾回收消耗总时间

5.jamp命令的使用以及通过MAT工具进行分析

前面通过jstat可以对jvm堆的内存进行统计分析，而jmap可以获取更加详细的内容，如：内存使用情况的汇总，对内存溢出的定位于分析

5.1 查看内存使用情况

jmap -heap pid

pid 可以使用jps命令查看

说明：

  • Heap Configuration:堆内存配置信息

  • Heap Useage:堆内存的使用情况

  • PS Young Generation: 年轻代

  • Eden Space:年轻代eden区

  • From Space: Survivor 使用情况

  • To Space:Survivor 使用情况

  • Ps Old Generation:年老代

5.2 查看内存中对象数量及大小

  • 查看所有对象，包括活跃以及非活跃的

    • 命令格式：jmap -histo pid | more 注：| more 管道命令，表示分页查看，pid可以通过jps命令查看

  • 查看活跃对象

    • 命令格式：jmap -histo:live pid | more 注：| more 管道命令，表示分页查看，pid可以通过

对象说明：

B ：byte C ：char D ：double F ：float I ：int J ：long Z ：boolean [ ：数组 ，如[I 表示int[] [L+类名： 其他对象数组

5.3将内存使用情况dump到文件中

有些时候我们需要将jvm当前内存中的情况dump到文件中，然后对它进行分析，jmap也支持dump到文件中。

  • 命令格式：jmap -dump:format=b,file=dumpFileName pid

    • 说明： pid 可以通过jps命令查看，format=b 表示二进制格式

    • 示例：jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 6219

5.4 通过jhat对dump文件进行分析

  • 命令格式：jhat -port

    • 示例：jhat -port 9999 /temp/dump.dat

    • 说明：解析完成之后，会开启一个服务监听9999端口，可通过ip:9999查看解析结果,并支持OQL 查询

5.5 通过MAT（Memory Analyzer Tool）工具对dump文件进行分析

6.jstack的使用查看线程状态

有些时候我们需要查看下jvm中的线程执行情况，比如：比如发现服务器的CPU的负载 突然增高了，出现了死锁、死循环等，我们该如何分析呢？

由于程序是正常运行的，没有任何输出，从日志方面也看不出什么问题， 所以就需要看下jvm的内部线程的执行情况，然后再进行分析查找出原因

这个时候，就需要借助jstack命令了，jstack的作用是将正在运行的jvm 的线程情况进行快照，并且打印出来

命令格式：jstack pid 注：pid 可以通过jps命令查看

7.VisualVM工具的使用 VisualVM，能够监控线程，内存情况，查看方法的CPU时间和内存中的对象，已被GC的对象， 反向查看分配的堆栈

7.1 启动，在jdk的安装目录的bin目录下，找到jvisualvm.exe，双击打开即可显示图像化界面

7.2 VisualVM也可以查看远程JVM的进程运行状态 借助JMX（java Management Extensions,即java管理扩展）实现 需要连接远程Tomcat服务器，在tomcat的bin目录下修改catalina.sh的配置，具体可百度 之后就可以在VisualVM的可视化工具上连接远程服务器

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