JVM：参数调优

本笔记是根据bilibili上尚硅谷的课程 Java大厂面试题第二季而做的笔记

前言

查看 JVM 系统默认值：使用 jps 和 jinfo 进行查看

-Xms：初始堆空间

-Xmx：最大堆空间

-Xss：栈空间

-Xms 和 -Xmx 最好调整一致，防止 JVM 频繁进行收集和回收

JVM参数类型

标配参数（从JDK1.0 - Java12都在，很稳定）

java -version
java -help
java -showversion

X 参数（了解）

-Xint：解释执行
-Xcomp：第一次使用就编译成本地代码
-Xmixed：混合模式

XX参数（重点）

Boolean类型
- 公式：-XX:+/-某个属性
  
  +表示开启 / -表示关闭
- 如：-XX:-PrintGCDetails：表示关闭了GC详情输出
key-value类型
- 公式：-XX:属性key=属性value
- 不满意初始值，可以通过相应命令调整
- 如：-XX:MetaspaceSize=21807104，调整Java元空间的值

使用

查看运行的 Java 程序，JVM 参数是否开启，具体值为多少？

首先我们运行一个HelloGC的java程序

public class HelloGC {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        System.out.println("hello GC");

        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);

    }

}

然后使用下列命令查看它的默认参数

jps：查看java的后台进程

jinfo：查看正在运行的java程序

具体使用：

C:\Users\ZhuCC\Desktop\Java\Code\DemoCode>jps -l

34452 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher

37396 sun.tools.jps.Jps

37624 HelloGC

23756

查看到 HelloGC 的进程号为：37624

我们使用 jinfo -flag 然后查看是否开启 PrintGCDetails 这个参数

jinfo -flag PrintGCDetails 37624

得到的内容为

-XX:-PrintGCDetails

上面提到了，-号表示关闭，即没有开启 PrintGCDetails 这个参数

下面我们需要在启动 HelloGC 的时候，增加 PrintGCDetails 这个参数，需要在运行程序的时候配置 JVM 参数

在 IDEA 中可以通过 Run->Edit Configurations->VM options 中进行添加相应的 JVM 参数配置：

然后在 VM Options 中加入下面的代码，现在 + 号表示开启

-XX:+PrintGCDetails

然后在使用 jinfo 查看我们的配置

jinfo -flag PrintGCDetails 33788

得到的结果为

-XX:+PrintGCDetails

我们看到原来的-号变成了+号，说明我们通过 VM Options 配置的 JVM 参数已经生效了

使用下列命令，会把 JVM 的全部默认参数输出

jinfo -flags PID

如，对上述 HelloGC 程序使用该命令，输出如下：

C:\Users\ZhuCC\Desktop\Java\Code\DemoCode>jinfo -flags 33788

Attaching to process ID 33788, please wait...

Debugger attached successfully.

Server compiler detected.

JVM version is 25.241-b07

# 不是默认的 JVM 配置，会根据使用环境的新能而确定相应值

Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=3 -XX:InitialHeapSize=268435456 -XX:MaxHeapSize=427819008

0 -XX:MaxNewSize=1426063360 -XX:MinHeapDeltaBytes=524288 -XX:NewSize=89128960 -XX:OldSize=179306496

 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTi

meStamps -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC

# 通过Command line自行配置的JVM参数

Command line:  -XX:+PrintGCDetails -javaagent:C:\Software\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.7\lib\idea

_rt.jar=7172:C:\Software\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.7\bin -Dfile.encoding=UTF-8

题外话

两个经典参数：-Xms 和 -Xmx，这两个参数如何解释

这两个参数，还是属于 XX 参数，因为取了别名

-Xms 等价于 -XX:InitialHeapSize ：初始化堆内存（默认只会用最大物理内存的1/64）
-Xmx 等价于 -XX:MaxHeapSize ：最大堆内存（默认只会用最大物理内存的1/4）

JVM 默认参数

java -XX:+PrintFlagsInitial：主要是查看初始默认值

java -XX:+PrintFlagsInitial -version
java -XX:+PrintFlagsInitial（重要参数）

C:\Users\ZhuCC>java -XX:+PrintFlagsInitial

[Global flags]

     intx ActiveProcessorCount                    = -1          {product}

    uintx AdaptiveSizeDecrementScaleFactor        = 4           {product}

    uintx AdaptiveSizeMajorGCDecayTimeScale       = 10          {product}

    uintx AdaptiveSizePausePolicy                 = 0           {product}

     ...

    intx CICompilerCount                           = 2          {product}

     ...

java -XX:+PrintFlagsFinal：表示修改以后，最终的值，即经过调整后的JVM参数值

C:\Users\ZhuCC>java -XX:+PrintFlagsFinal

[Global flags]

     intx ActiveProcessorCount                      = -1            {product}

    uintx AdaptiveSizeDecrementScaleFactor          = 4             {product}

    uintx AdaptiveSizeMajorGCDecayTimeScale         = 10            {product}

    uintx AdaptiveSizePausePolicy                   = 0             {product}

	 ...

     intx CICompilerCount                          := 3             {product}

     ...

注意：如果有 := 表示修改过的， = 表示没有修改过的

常用 JVM 基本配置参数

划下重点：

JDK8 使用了元空间取代了 JDK6 中的永久代

元空间用本地物理内存，不再由JVM管理

字符串池和类的静态变量还是在Java堆中

查看堆内存

查看 JVM 的初始化堆内存 -Xms 和最大堆内存 -Xmx

public class HeapSize {

    public static void main(String[] args) {

        // 返回Java虚拟机中内存的总量

        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();

        // 返回Java虚拟机中试图使用的最大内存量

        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();

        System.out.println("TOTAL_MEMORY(-Xms) = " + totalMemory + "(Byte) -- " + (totalMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");

        System.out.println("MAX_MEMORY(-Xmx) = " + maxMemory + "(Byte) -- " + (maxMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");

    }

}

运行结果为：

TOTAL_MEMORY(-Xms) = 257425408(Byte) -- 245.5MB

MAX_MEMORY(-Xmx) = 3803185152(Byte) -- 3627.0MB

-Xms 初始堆内存为：物理内存的1/64

-Xmx 最大堆内存为：系统物理内存的1/4

打印 JVM 默认参数

使用 JVM 参数 -XX:+PrintCommandLineFlags 打印出 JVM 的默认的简单初始化参数

比如我的机器输出为：

-XX:InitialHeapSize=267290176 -XX:MaxHeapSize=4276642816 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC

一些常用调优参数

-Xms：初始化堆内存，默认为物理内存的1/64，等价于 -XX:initialHeapSize
-Xmx：最大堆内存，默认为物理内存的1/4，等价于 -XX:MaxHeapSize
-Xss：设计单个线程栈的大小，一般默认为512K~1024K，等价于 -XX:ThreadStackSize
进一步说明：
- 使用 jinfo -flag ThreadStackSize 会发现 -XX:ThreadStackSize=0
- 这个值的大小是取决于平台的
  - Linux/x64：1024KB
  - OS X：1024KB
  - Oracle Solaris：1024KB
  - Windows：取决于虚拟内存的大小
-Xmn：设置年轻代大小
-XX:MetaspaceSize：设置元空间大小
- 元空间的本质和永久代类似，都是对 JVM 规范中方法区的实现，不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存，因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。
- 但是默认的元空间大小：只有20多M -XX:MetaspaceSize=21807104
- 为了防止在频繁的实例化对象的时候，让元空间出现OOM，因此可以把元空间设置的大一些：-Xms10m -Xmx10m -XX:MetaspaceSize=1024m -XX:+PrintCommandLineFlags
-XX:PrintGCDetails：输出详细GC收集日志信息
-XX:SurvivorRatio：调节新生代中 eden 和 S0、S1的空间比例
-XX:NewRatio：配置年轻代 new 和老年代 old 在堆结构的占比
-XX:MaxTenuringThreshold：设置对象进入老年代的阈值

垃圾回收

JVM 命令 -XX:PrintGCDetails：输出详细GC收集日志信息

GC
Full GC

我们使用一段代码，制造出垃圾回收的过程

首先我们设置一下程序的启动配置: 设置初始堆内存为10M，最大堆内存为10M

-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails

然后用下列代码，创建一个大于堆空间大小的byte类型数组

byte [] byteArray = new byte[50 * 1024 * 1024];

运行后，发现会出现下列错误，这就是OOM：java内存溢出，也就是堆空间不足

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

	at HeapSize.main(HeapSize.java:5)

同时还打印出了GC垃圾回收时候的详情

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1658K->488K(2560K)] 1658K->632K(9728K), 0.0015767 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 488K->488K(2560K)] 632K->648K(9728K), 0.0004406 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 488K->0K(2560K)] [ParOldGen: 160K->598K(7168K)] 648K->598K(9728K), [Metaspace: 3212K->3212K(1056768K)], 0.0033779 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] 598K->598K(9728K), 0.0001481 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] [ParOldGen: 598K->580K(7168K)] 598K->580K(9728K), [Metaspace: 3212K->3212K(1056768K)], 0.0031963 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs]

Heap

 PSYoungGen      total 2560K, used 138K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

  eden space 2048K, 6% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd228c8,0x00000000fff00000)

  from space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)

  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)

 ParOldGen       total 7168K, used 580K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)

  object space 7168K, 8% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff691358,0x00000000ffd00000)

 Metaspace       used 3259K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K

  class space    used 353K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

问题发生的原因：

因为们通过 -Xms10m 和 -Xmx10m 只给Java堆栈设置了10M的空间，但是创建了50M的对象，因此就会出现空间不足，而导致出错

同时在垃圾收集的时候，我们看到有两个过程：GC 和 Full GC

GC过程：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1972K->504K(2560K)] 1972K->740K(9728K), 0.0156109 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs]

# 其中：GC (Allocation Failure)：表示分配失败，那么就需要触发年轻代空间中的内容被回收

# [PSYoungGen: 1972K->504K(2560K)] 1972K->740K(9728K)

Full GC：

Full GC 大部分发生在老年代

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 488K->0K(2560K)] [ParOldGen: 160K->598K(7168K)] 648K->598K(9728K), [Metaspace: 3212K->3212K(1056768K)], 0.0033779 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

规律：

[名称： GC前内存占用 -> GC后内存占用 (该区内存总大小)]

当我们出现了老年代垃圾回收都没有用的时候，就会出现OOM异常

调整Heap中各区策略

-XX:SurvivorRatio

调节新生代中 eden 和 from、to 的空间比例，默认为 -XX:SurvivorRatio=8，即：Eden:from:to = 8:1:1，如下图：

设置为：-XX:SurvivorRatio=4，则为 Eden:from:to = 4:1:1，如下图：

SurvivorRatio 值就是设置 eden 区的比例占多少，from 和 to 相同
Java堆从GC的角度还可以细分为：新生代（Eden区，From Survivor区合To Survivor区）和老年代
1. 对象从eden与SurvivorFrom复制到SurvivorTo中，年龄 + 1
  
  进一步：首先，当Eden区满的时候会触发第一次GC，把还活着的对象拷贝到SurvivorFrom去，当Eden区再次触发GC的时候会扫描Eden区合From区域，对这两个区域进行垃圾回收，经过这次回收后还存活的对象，则直接复制到To区域（如果对象的年龄已经到达老年的标准，则赋值到老年代区），通知把这些对象的年龄 + 1；
2. 清空eden与SurvivorFrom
  
  然后，清空eden，SurvivorFrom中的对象，也即复制之后有交换，谁空谁是to；
3. SurvivorTo和SurvivorFrom互换
  
  最后，SurvivorTo和SurvivorFrom互换，原SurvivorTo成为下一次GC时的SurvivorFrom区，部分对象会在From和To区域中复制来复制去，如此交换15次（由JVM参数MaxTenuringThreshold决定，这个参数默认为15），最终如果还是存活，就存入老年代
-XX:NewRatio

配置年轻代 new 和老年代 old 在堆结构的占比，NewRadio 值就是设置老年代的占比

默认：-XX:NewRatio=2 新生代占1，老年代2，年轻代占整个堆的1/3，如下图：

-XX:NewRatio=4：新生代占1，老年代占4，年轻代占整个堆的1/5，这样会导致新生代新生代特别小，造成频繁的进行GC收集
-XX:MaxTenuringThreshold

设置对象进入老年代的阈值，SurvivorTo 和 SurvivorFrom 互换，原 SurvivorTo 成为下一次 GC 时的SurvivorFrom 区，部分对象会在 From 和 To 区域中复制来复制去，如此交换 n 次（n 就是通过该 JVM 参数设置），最终如果还是存活，就存入老年代

这里就是调整这个次数的，默认是15，并且在 Java8 中规定该值在 0~15之间

查看默认进入老年代年龄：jinfo -flag MaxTenuringThreshold PID

-XX:MaxTenuringThreshold=0：设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻对象不经过 Survivor 区，直接进入老年代。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。

而如果将此值设置为一个较大的值，则年轻代对象会在 Survivor 区进行多次复制，这样可以增加对象在年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收，减少 Full GC 发生的次数。