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27、JVM 实战 - JVM运行时参数

 

1、JVM参数选项类型

1.1、类型一：标准参数选项

  • 特点：比较稳定，后续版本基本不会变化，以-开头
  • 各种选项：运行java或者java -help可以看到所有的标准选项

 

  • 补充内充：-server与-client

Hotspot JVM有两种模式：分别是server和client，分别通过-server和-client模式设置

  • 在32位Windows系统上，默认使用Client类型的 JVM。要想使用Server模式，则机器配置至少有2个以上的CPU和2G以上的物理内存。client模式适用于对内存较小的桌面应用程序，默认使用Serial串行垃圾收集器。
  • 64位机器上只支持server模式的JVM，使用于需要大内存的应用程序，默认抵用并行垃圾收集器

关于server和client的官网介绍：网址

1.2、类型二：-X参数

  • 特点：非标准化参数，功能还是比较稳定的。但官方说后续版本可能会变更，以-X开头
  • 各种选项：运行java -X命令可以看到所有的X选项

 

  • JVM的 JIT编译模式相关的选项

-Xint 禁用 JIT，所有字节码都被解释执行，这个模式的速度是最慢的

-Xcomp 所有字节码第一次使用都被编译成本地代码，然后再执行

-Xmixed 混合模式，默认模式，让 JIT根据程序运行的情况，有选择地将某些代码编译成本地代码

-Xms -Xmx -Xss属于XX参数

  • -Xms 设置初始Java堆大小，等价于-XX:InitialHeapSize
  • -Xmx 设置最大Java堆大小，等价于-XX:MaxHeapSize
  • -Xss 设置Java线程堆栈大小，等价于-XX:ThreadStackSize

1.3、类型三：-XX参数

  • 特点：非标准化参数，使用最多的参数选项，这类选项属于实验性，不稳定。以-XX开头
  • 作用：用于开发和调试JVM

分类：

 

  • 例子：
# Boolean类型格式
-XX:+UseParallelGC			# 选择垃圾收集器为并行收集器
-XX:+UseG1GC				# 表示启用G1收集器
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy	# 自动选择年轻代区大小和响相应的Survivor区比例

# 非Boolean类型格式(key-value类型)
# 子类型1：数值型格式 -XX:<option>=<number>
# number表示数值，可带上单位：(兆：'m','M'),(KB：'k', 'K'), (GB：'g','G')
-XX:NewSize=1024m			# 表示设置新生代初始大小为1024兆
-XX:MaxGCPauseMills=500		# 表示设置GC停顿时间：500毫秒
-XX:GCTimeRatio=19			# 表示设置吞吐量
-XX:NewRatio=2				# 表示老年代和新生代的比例为2

# 子类型1：非数值型格式 -XX:<option>=<string>
-XX:HeapDumpPath=/usr/local/heapdump.hprof		# 用于指定heap转存文件的存储路径
  • 特别地：
-XX:+PrintFlagsFinal
  • 输出所有参数的名称和默认值
  • 默认不包括 Diagnositc和 Experiment的参数
  • 可以配合-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions和-XX:UnlockExperimentVMOptions使用

2、添加JVM参数选项

IDEA

 

 

运行jar包

 

通过Tomcat运行war包

  • Linux系统下可以在tomcat/bin/catalina.sh中添加如下配置：JAVA_OPTS="-Xms512M -Xmx1024M"
  • Windows系统下在catalina.bat中添加类似如下配置：set "JAVA_OPTS=-Xms512M -Xmx1024M"

程序运行过程中

  • 使用jinfo -flag <name>=<value> <pid>设置非Boolean类型参数
  • 使用jinfo -flag [+|-]<name> <pid>设置Boolean类型参数

3、常用的JVM参数选项

命令参数官方网址

3.1、打印设置的XX选项及值

 

3.2、堆、栈、方法区等内存大小设置

 

  • **注意点：**虽然默认参数-XX:SurvivorRatio=8，但是如果不显式设置，实际上Eden : S0 : S1 = 6 : 1 : 1（默认情况下，-XX:+UseAdaptivePolicy是开启的，即使关闭该选项，但显式未设置-XX:SurvivorRatio=8，实际比例仍是 6 : 1 : 1）。只要显式设置-XX:SurvivorRatio=8，则Eden : S0 : S1 = 8 : 1 : 1。

3.3、OutofMemory相关的选项

 

  • 对OnOutOfMemoryError的运维处理

以部署在linux系统/opt/Server目录下的Server.jar为例

1、 在run.sh启动脚本中添加jvm参数

-XX:OnOutOfMemoryError=/opt/Server/restart.sh

2、 restart.sh脚本

  • linux环境
#!/bin/bash
pid=$(pf -ef | grep Server.jar | awk '{
    
      if($8=="java"){
   
     print $2}}')
kill -9 $pid
cd /opt/Server/;sh run.sh
  • windows环境
echo off
wmic process where Name='java.exe' delete
cd D:\Server
start run.bat

3.4、垃圾收集器相关选项

  • 7款经典垃圾收集器与垃圾分代之间的关系

 

  • 垃圾收集器的组合关系

 

该图已经更新到JKD14

  • 如果把图中的虚线均看做实线，这是JDK8（不包含JDK8）之前垃圾收集器的组合关系
  • 对CMS和MSC之间的线是指如果CMS失败，启动MSC（MSC相当于后备方案）
  • 在JDK8中废弃了两条红色虚线的组合（JEP 173），在JDK9中这两根红色虚线做了移除（JEP 214）。
  • 在JDK14中，弃用了绿色虚线的组合（JEP 366）。
  • 在JDK14中，删除了青色虚线框中的CMS垃圾回收器（JEP 363）。

JDK8中默认的垃圾回收器是：Parallel Scavenge GC + Parallel Old GC

 

查看默认垃圾收集器

-XX:+PrintCommandLineFlags  查看命令行相关参数(包含使用的垃圾收集器)

使用命令行指令：

jinfo -flag 相关垃圾收集器参数 进程ID

Serial回收器

Serial收集器作为HotSpot中Client模式下的默认新生代垃圾收集器。Serial Old是运行在Client模式下默认的老年代垃圾回收器。

-XX:+UseSerialGC

指定年轻代和老年代都是用串行收集器。等价于新生代使用Serial GC，老年代用Serial Old GC。可以获得最高的单线程收集效率。

ParNew回收器

-XX:UseParNewGC

手动指定使用ParNew收集器执行内存回收任务。它表示年轻代使用并行收集器，不影响老年代。

-XX:ParallelGCThreads=N

限制线程数量，默认开启和CPU数据相同的线程数。

Parallel回收器（吞吐量优先）

参数配置

  • -XX:+UseParallelGC 手动指定新生代用Parallel并行收集器执行内存回收任务。

  • -XX:UseParallelOldGC 手动指定老年代使用并行会收收集器。

  • 分别适用于新生代和老年代，默认jdk8是开启的。

  • 上面两个参数，默认开启一个，另一个也会被开启。（相互激活）

  • -XX:ParallelGCThreads 设置新生代并行收集器的线程数，一般的，最好与CPU数量相等，以避免过多的线程影响垃圾收集的性能。

  • 默认情况下，当CPU数量小于等于8个，ParallelGCThreads的值等于CPU数量。

  • 当CPU数量大于8个，ParallelGCThreads的值等于3+[5*CPU_count/8]。

  • -XX:MaxGCPauseMillis 设计垃圾收集器的最大停顿时间（即STW的时间）。单位是毫秒。

  • 为了尽可能把停顿时间控制在MaxGCPauseMillis以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。

  • 对于用户来说，停顿时间越短体验越好，但是在服务器端，我们注重高并发，整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel，进行控制。

  • 该参数使用需谨慎。

  • -XX:GCTimeRatio 垃圾收集时间占总时间的比例（=1/（N+1））。用于衡量吞吐量的大小。

  • 取值范围（0，100）。默认99，也就是垃圾回收时间不超过1%。

  • 与前一个-XX:MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性。暂停时间越短，Ratio参数就越容易超过设定的比例。

  • -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 设置Parallel Scavenge收集器具有自适应调节策略。

  • 在这种模式下，新生代的大小，Eden和Survivor的比例，晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，以达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。

  • 在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标吞吐量（GCTimeRatio）

    和停顿时间（MaxGCPauseMillis），让虚拟机自己完成调优工作。

CMS回收器（低延迟）

参数配置

  • -XX:UseConcMarkSweepGC 手动指定使用CMS收集器执行内存回收任务。

  • 开启该参数后会自动将-XX:+UseParNewGC打开。即ParNew（Young区用）+CMS（Old区用）+Serial Old的组合。

  • -XX:CMSInitiatingOccupanyFraction 设置堆内存使用率的阈值，一旦达到阈值，便开始回收。

  • JDK5及以前的版本的默认值为68，即当老年代的利用率达到68%时，会执行一次CMS回收。JDK6及以上版本默认值为92%。

  • 如果内存增长缓慢，这可以设置一个较大的值，大的阈值可以有效降低CMS的出发频率，减少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。反之，如果内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器。因此通过该选项可以有效降低Full GC的执行次数。

  • -XX:UseCMSCompactAtFullCollection 用于指定在执行完Full GC后对内存进行压缩整理，以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并发执行，所带来的问题就是停顿时间变得更长了。

  • -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设置在执行多少次Full GC后对内存空间进行压缩整理。

  • -XX:ParallelCMSThreads 设置CMS的线程数量.

  • CMS默认启用的线程数是（ParallelGCThreads+3）/4，ParallelGCThreads是新生代并行收集器的线程数，当CPU资源比较紧张时，收到CMS收集器的影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会非常糟糕。

补充参数

 

特殊说明

 

G1回收器

参数设置

  • -XX:UseG1GC 手动指定使用G1收集器执行内存回收任务。
  • -XX:G1HeapRegionSize 设置每个Region的大小。值是2的幂，范围是1MB到32MB之间，目标是根据最小的Java堆大小划分出2048个区域。Region默认是堆内存的1/2000。
  • -XX:MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大GC停顿时间指标（JVM会尽力实现，但不保证达到）。默认是200ms。
  • -XX:ParallelGCThread 设置STW时GC线程数的值。最多设置为8。
  • -XX:ConcGCThreads 设置并发标记的线程数，建议将该参数设置为并行垃圾回收线程（ParallelGCThreads）的1/4左右。
  • -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 设置触发并发GC周期的Java堆占用阈值。超过此值，就触发GC。默认是45.
  • -XX:G1NewSizePercent、-XX:G1MaxNewSizePercent 新生代占整个堆内存的最小百分比（默认5%）、最大百分比（默认60%）
  • -XX:G1ReservePercent 保留内存区域，防止to space（Survivor中的to区）溢出

Mixed GC调优参数

 

怎么选择垃圾回收器

Java垃圾回收器的配置对于JVM优化来说是一个很重要的选择，选择合适的垃圾回收器可以让JVM的性能有一个很大的提升。

1、 优先调整堆的大小让JVM自适应完成；
2、 如果内存小于100MB，使用串行收集器；
3、 如果单核、单机程序，并且没有停顿时间的要求，串行收集器；
4、 如果是多CPU、需要高吞吐量、允许停顿时间超过1秒，选择并行或者JVM自行选择；
5、 如果是多CPU、追求地停顿时间，需要快速响应（比如延迟不能超高1秒，如互联网应用），使用并发收集器；官方推荐G1，性能高现在互联网的项目，基本都是使用G1；

3.5、GC日志相关选项

 

3.6、其他参数

 

4、通过Java代码获取JVM参数

Java提供了java.lang.management包用于监视和管理Java虚拟机和Java运行时中的其他组件，它允许本地和远程监控和管理运行Java虚拟机。其中ManagementFactory这个类还是挺常用的。另外还有Runtime类也可以获取一些内存、CPU核数等相关数据。

通过这些api可以监控我们的应用服务器堆内存的使用情况，设置一些阈值进行报警处理。

/**
 * 监控我们的应用服务器的堆内存使用情况，设置一些阈值进行报警等处理
 */
public class MemoryMonitor {
   
     
    public static void main(String[] args) {
   
     
        MemoryMXBean memorymbean = ManagementFactory.getMemoryMXBean();
        MemoryUsage usage = memorymbean.getHeapMemoryUsage();
        System.out.println("INIT HEAP: " + usage.getInit() / 1024 / 1024 + "m");
        System.out.println("MAX HEAP: " + usage.getMax() / 1024 / 1024 + "m");
        System.out.println("USE HEAP: " + usage.getUsed() / 1024 / 1024 + "m");
        System.out.println("\nFull Information:");
        System.out.println("Heap Memory Usage: " + memorymbean.getHeapMemoryUsage());
        System.out.println("Non-Heap Memory Usage: " + memorymbean.getNonHeapMemoryUsage());

        System.out.println("=======================通过java来获取相关系统状态============================ ");
        System.out.println("当前堆内存大小totalMemory " + (int) Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 + "m");// 当前堆内存大小
        System.out.println("空闲堆内存大小freeMemory " + (int) Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024 + "m");// 空闲堆内存大小
        System.out.println("最大可用总堆内存maxMemory " + Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024 + "m");// 最大可用总堆内存大小
    }
}
/*
 INIT HEAP: 256m
 MAX HEAP: 3614m
 USE HEAP: 5m

 Full Information:
 Heap Memory Usage: init = 268435456(262144K) used = 5383480(5257K) committed = 257425408(251392K) max = 3790077952(3701248K)
 Non-Heap Memory Usage: init = 2555904(2496K) used = 4789360(4677K) committed = 8060928(7872K) max = -1(-1K)
 =======================通过java来获取相关系统状态============================ 
 当前堆内存大小totalMemory 245m
 空闲堆内存大小freeMemory 240m
 最大可用总堆内存maxMemory 3614m
 */