Java虚拟机日志与参数

虚拟机日志

打印GC日志可以使用参数-XX:+PrintGC

/**
 * -Xmx10m -Xms10m -XX:PretenureSizeThreshold=10485760
 *  -XX:+PrintGC -XX:+UseSerialGC
 */
public class GCLogTest {

	private static final int CAPACITY = 6*1024*1024;

	public static void main(String[] args) {

		byte[] a1 = new byte[CAPACITY];
		a1 = null;
		System.out.println("1111");

		byte[] a2 = new byte[CAPACITY];
		a2 = null;
		System.out.println("2222");

		byte[] a3 = new byte[CAPACITY];
		System.out.println("3333");
	}
}

1111
[GC (Allocation Failure)  7004K->6676K(9920K), 0.0011969 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  6676K->531K(9920K), 0.0014471 secs]
2222
[GC (Allocation Failure)  6730K->6675K(9920K), 0.0001418 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  6675K->531K(9920K), 0.0010813 secs]
3333

如果需要更详细的信息，可以使用-XX:+PrintGCDetails

1111
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 809K->320K(3072K), 0.0012200 secs][Tenured: 6353K->528K(6848K), 0.0012924 secs] 6953K->528K(9920K), [Metaspace: 2645K->2645K(1056768K)], 0.0025600 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2222
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 55K->0K(3072K), 0.0002147 secs][Tenured: 6672K->528K(6848K), 0.0011609 secs] 6727K->528K(9920K), [Metaspace: 2645K->2645K(1056768K)], 0.0014129 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
3333

以上面的第一次GC进行分析，GC日志开头的“GC”，说明这次垃圾回收的停顿类型。一般还有Full GC (System.gc()) 和Full GC，前者说明是调用System.gc()触发，后者一般是分配担保失败的原因。而a1变量所占用内存是6M，结合GC日志新生代占用809k，老年代占用6353k，可以推断出是内存直接分配在老年代的。《深入理解Java虚拟机》中内存分配和回收策略中有“大对象直接进入老年代”。所谓的大对象是指需要大量连续内存空间的Java对象，最典型的大对象就是很长的字符串及数组。

接下来DefNew、Tenured、Metaspace(使用的是JDK1.8，在该版本之下是Perm)表示GC发生的区域，这里显示的区域名和具体使用的垃圾回收器密切相关。如DefNew(Default New Generation)，说明使用时Serial收集器，刚好使用-XX:+UseSerialGC参数。如果是ParNew收集器，新生代名称是ParNew(Parallel New Generation)，如果采用Parallel Scavenge收集器，它的新生代名称是PSYoungGen。老年代和永久代同理。

“809K->320K(3072K), 0.0012200 secs”表示“新生代GC前使用的内存->新生代GC后使用的内存(新生代的可使用总内存(eden+from内存)，此次GC占用时间”。“6353K->528K(6848K)”表示“老年代GC前使用的内存->老年代GC后使用的内存(老年代的总内存)”。“6953K->528K(9920K)”表示“GC前堆使用的内存->GC后堆使用的内存(堆的总内存)”。3072加6848刚好等于9920。

堆参数配置

堆内存是Java进程的重要组成部分，几乎所有与应用相关的内存空间都和堆有关。堆的相关参数可以说是Java虚拟机中最重要的，也对程序的性能有着重要的影响，而且内存溢出最常见的就是发生在堆中。

最大堆和堆初始配置

当虚拟机启动，虚拟机就会初始化堆空间，可以使用-Xms来指定。一般来说虚拟机会尽可能维持在初始堆空间的范围内运行。但是如果初始堆空间耗尽，虚拟机会对空间进行扩展，其上限为最堆对空间，由-Xmx参数来指定。

	private static final int CAPACITY = 6*1024*1024;

	/**
	 * -Xms10m
	 */
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory()+" bytes");
		byte[] a1 = new byte[CAPACITY];
		byte[] a2 = new byte[CAPACITY];
		System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory()+" bytes");

	}

结果如下，说明了虚拟机对堆内存进行了扩展

9961472 bytes
16777216 bytes

在实际项目中，可以将-Xms和-Xmx设置相等，这样的好处是可以减少程序运行时进行的垃圾回收次数，从而提高性能

新生代配置

参数-Xmn可以用于设置新生代的大小，那么老年代的大小就是-Xms减去-Xmn的值。新生代的值一般设置在整个堆空间的1/4到1/3左右。除了可以用-Xmn指定新生代的绝对大小，还可以使用-XX:NewRatio来设置新生代和老年代的比例。-XX:NewRatio=老年代/新生代

参数-XX:SurvivorRatio用于设置新生代中eden空间和from/to空间的比例。它的含义是：-XX:SurvivorRatio=eden/from=eden/to。如下代码可以观察不同的参数对GC影响

/**
 * 默认VM参数：-Xms20m -Xmx20m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC
 * 修改 -Xmn参数
 */
public static void main(String[] args) {
    byte[] a = null;
    for(int i=0; i<10; i++) {
        a = new byte[1024*1024];
    }
}

1. -Xmn1m时，GC日志如下。eden区为1M*(2/(2+2))=0.5M，from=to=0.25M，新生代可使用内存eden + from=768K(如下total 768K)。eden区无法容纳1M的数据，所以触发了一次新生代的GC，GC后还是无法容纳1M数据，导致数据最终都分配在老年代，老年代最终占用10413K。

	[GC (Allocation Failure) [DefNew: 507K->256K(768K), 0.0009151 secs] 507K->428K(20224K), 0.0009609 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
	Heap
	 def new generation   total 768K, used 514K [0x00000000fec00000, 0x00000000fed00000, 0x00000000fed00000)
	  eden space 512K,  50% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fec40b40, 0x00000000fec80000)
	  from space 256K, 100% used [0x00000000fecc0000, 0x00000000fed00000, 0x00000000fed00000)
	  to   space 256K,   0% used [0x00000000fec80000, 0x00000000fec80000, 0x00000000fecc0000)
	 tenured generation   total 19456K, used 10413K [0x00000000fed00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
	   the space 19456K,  53% used [0x00000000fed00000, 0x00000000ff72b448, 0x00000000ff72b600, 0x0000000100000000)
	 Metaspace       used 2686K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
	  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

1. -Xmn7m时，GC日志如下。eden=3.5M=3584K，from=to=1792K，新生代可以内存5376K。当初始化第三个数组前的时候时，eden区已经使用2886K，还剩下692K(3584-2886)，明显不够分配，触发一次Minor GC。接下来初始化到第六个数组前时，eden区已使用3142K(4695-1553)，还剩下442K(3584-3142)，也要触发Minor GC。

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 2886K->1553K(5376K), 0.0013204 secs] 2886K->1553K(18688K), 0.0013493 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4695K->1024K(5376K), 0.0010302 secs] 4695K->1552K(18688K), 0.0010404 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4157K->1024K(5376K), 0.0002867 secs] 4686K->1552K(18688K), 0.0002951 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
 def new generation   total 5376K, used 3208K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff300000, 0x00000000ff300000)
  eden space 3584K,  60% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fee223a0, 0x00000000fef80000)
  from space 1792K,  57% used [0x00000000ff140000, 0x00000000ff240010, 0x00000000ff300000)
  to   space 1792K,   0% used [0x00000000fef80000, 0x00000000fef80000, 0x00000000ff140000)
 tenured generation   total 13312K, used 528K [0x00000000ff300000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 13312K,   3% used [0x00000000ff300000, 0x00000000ff384148, 0x00000000ff384200, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 2651K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 285K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

非堆参数配置

除了堆内存，虚拟机还有一些内存用于方法区、栈和直接内存的使用。和堆内存相比，这些内存空间和应用程序的关系不那么密切，但是合理的配置也对系统的性能和稳定有着重要的作用。

方法区配置

方法区主要存放类的元数据信息。在JDK1.6和JDK1.7的版本中，可以使用-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize配置永久代大小。在JDK1.8中，永久代被彻底移除，使用心得元数据区存放类的元数据。默认情况元数据区只接受系统的可用内存限制，但是依然可以是参数-XX:MaxMetaspaceSize指定元数据区大小。

栈配置配置

栈是每个线程的私有空间，在虚拟机中可以用-Xss参数来指定线程栈的大小。

public class StackDeepTest {

    private static int count = 0;

    public static void recursionCall() {
        count ++;
        recursionCall();
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            recursionCall();
        }catch(Throwable ex) {
            System.out.println("调用了："+count);
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

使用-Xss128k参数，结果为“调用了：1089”，当使用-Xss256k参数，结果为“调用了：3546”。说明参数改大之后调用的次数能够明显增加。

直接内存配置

堆外内存，又被称为直接内存。这部分内存不是由jvm管理和回收的。需要我们手动的回收。堆内内存是属于jvm的，由jvm进行分配和管理，属于"用户态"，而推外内存是由操作系统管理的，属于"内核态"在jdk1.4中新加入了NIO类，可以调用ByteBuffer.allocateDirect()方法来分配直接内存。可以通过-XX:MaxDirectMemorySize参数来指定最大直接内存。

/**
 * -Xms20m -Xmx20m -Xmn7m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC
 * -XX:MaxDirectMemorySize=9437184=9M
 */
public static void main(String[] args) {
    ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*10);
}

直接内存达到上限时，会触发垃圾回收(JDK自己调用System.gc()，所以不建议关闭-XX:+DisableExplicit，禁止代码中显示调用gc(System.gc)，如果溢出，也会抛出OOM异常，如下所示。

[Full GC (System.gc()) [Tenured: 0K->528K(13312K), 0.0023684 secs] 838K->528K(18688K), [Metaspace: 2645K->2645K(1056768K)], 0.0024284 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
	at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:694)
	at java.nio.DirectByteBuffer.<init>(DirectByteBuffer.java:123)
	at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311)
	at dd.GCLogTest.main(GCLogTest.java:16)

虚拟机参数

查看虚拟的所有参数-XX:+PrintFlagsFinal

行为参数：

参数及其默认值	描述
-XX:-DisableExplicitGC	禁止调用System.gc()；但jvm的gc仍然有效
-XX:+MaxFDLimit	最大化文件描述符的数量限制
-XX:+ScavengeBeforeFullGC	新生代GC优先于Full GC执行
-XX:+UseGCOverheadLimit	在抛出OOM之前限制jvm耗费在GC上的时间比例
-XX:-UseConcMarkSweepGC	对老生代采用并发标记交换算法进行GC
-XX:-UseParallelGC	启用并行GC，收集新生代空间
-XX:-UseParallelOldGC	对Full GC启用并行，当-XX:-UseParallelGC启用时该项自动启用
-XX:-UseSerialGC	启用串行GC
-XX:+UseThreadPriorities	启用本地线程优先级

性能调优参数列表：

参数及其默认值	描述
-XX:LargePageSizeInBytes=4m	设置用于Java堆的大页面尺寸
-XX:MaxHeapFreeRatio=70	GC后java堆中空闲量占的最大比例
-XX:MaxNewSize=size	新生成对象能占用内存的最大值
-XX:MaxPermSize=64m	老生代对象能占用内存的最大值
-XX:MinHeapFreeRatio=40	GC后java堆中空闲量占的最小比例
-XX:NewRatio=2	新生代内存容量与老生代内存容量的比例
-XX:NewSize=2.125m	新生代对象生成时占用内存的默认值
-XX:ReservedCodeCacheSize=32m	保留代码占用的内存容量
-XX:ThreadStackSize=512	设置线程栈大小，若为0则使用系统默认值
-XX:+UseLargePages	使用大页面内存

调试参数列表：

参数及其默认值	描述
-XX:-CITime	打印消耗在JIT编译的时间
-XX:ErrorFile=./hs_err_pid.log	保存错误日志或者数据到文件中
-XX:-ExtendedDTraceProbes	开启solaris特有的dtrace探针
-XX:HeapDumpPath=./java_pid.hprof	指定导出堆信息时的路径或文件名
-XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError	当首次遭遇OOM时导出此时堆中相关信息
-XX:	出现致命ERROR之后运行自定义命令
-XX:OnOutOfMemoryError=";"	当首次遭遇OOM时执行自定义命令
-XX:-PrintClassHistogram	遇到Ctrl-Break后打印类实例的柱状信息，与jmap -histo功能相同
-XX:-PrintConcurrentLocks	遇到Ctrl-Break后打印并发锁的相关信息，与jstack -l功能相同
-XX:-PrintCommandLineFlags	打印在命令行中出现过的标记
-XX:-PrintCompilation	当一个方法被编译时打印相关信息
-XX:-PrintGC	每次GC时打印相关信息
-XX:-PrintGC Details	每次GC时打印详细信息
-XX:-PrintGCTimeStamps	打印每次GC的时间戳
-XX:-TraceClassLoading	跟踪类的加载信息
-XX:-TraceClassLoadingPreorder	跟踪被引用到的所有类的加载信息
-XX:-TraceClassResolution	跟踪常量池
-XX:-TraceClassUnloading	跟踪类的卸载信息
-XX:-TraceLoaderConstraints	跟踪类加载器约束的相关信息