如何正確學(xué)會(huì)Java虛擬機(jī)調(diào)優(yōu)？
一點(diǎn)小經(jīng)驗(yàn)僅供參考:
1) 堆
運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域，所有類實(shí)例和數(shù)組的內(nèi)存均從此處分配。Java 虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。對(duì)象的堆內(nèi)存由稱為垃圾回收器 的自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)回收。
堆由兩部分組成:
其中eden+fromspace+tospace也叫年輕代(young),old space叫舊生代.
其中還有S1,S0(在JDK的自帶工具輸出中會(huì)看到),分別指的是Survivor space,存放每次垃圾回收后存活的對(duì)象.
Old Generation , 主要存放應(yīng)用程序中生命周期長(zhǎng)的存活對(duì)象
垃圾回收主要是對(duì)Young Generation塊和Old Generation塊內(nèi)存進(jìn)行回收，YG用來(lái)放新產(chǎn)生的對(duì)象，經(jīng)過(guò)幾次回收還沒(méi)回收掉的對(duì)象往OG中移動(dòng)，
對(duì)YG進(jìn)行垃圾回收又叫做MinorGC，對(duì)OG垃圾回收叫MajorGC，兩塊內(nèi)存回收互不干涉
2) 非堆內(nèi)存
JVM具有一個(gè)由所有線程共享的方法區(qū)。方法區(qū)屬于非堆內(nèi)存。它存儲(chǔ)每個(gè)類結(jié)構(gòu)，如運(yùn)行時(shí)常數(shù)池、字段和方法數(shù)據(jù)，以及方法和構(gòu)造方法的代碼。它是在 Java 虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的。
除了方法區(qū)外，Java 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)可能需要用于內(nèi)部處理或優(yōu)化的內(nèi)存，這種內(nèi)存也是非堆內(nèi)存。 例如，JIT 編譯器需要內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)從 Java 虛擬機(jī)代碼轉(zhuǎn)換而來(lái)的本機(jī)代碼，從而獲得高性能。
Permanent Generation （圖中的Permanent Space） 存放JVM自己的反射對(duì)象，比如類對(duì)象和方法對(duì)象
3) 回收算法和過(guò)程
JVM采用一種分代回收 (generational collection) 的策略，用較高的頻率對(duì)年輕的對(duì)象(young generation)進(jìn)行掃描和回收，這種叫做minor collection，而對(duì)老對(duì)象(old generation)的檢查回收頻率要低很多，稱為major collection。這樣就不需要每次GC都將內(nèi)存中所有對(duì)象都檢查一遍。
當(dāng)一個(gè)URL被訪問(wèn)時(shí)，內(nèi)存申請(qǐng)過(guò)程 如下：
A. JVM會(huì)試圖為相關(guān)Java對(duì)象在Eden中初始化一塊內(nèi)存區(qū)域
B. 當(dāng)Eden空間足夠時(shí)，內(nèi)存申請(qǐng)結(jié)束。否則到下一步
C. JVM試圖釋放在Eden中所有不活躍的對(duì)象（這屬于1或更高級(jí)的垃圾回收）, 釋放后若Eden空間仍然不足以放入新對(duì)象，則試圖將部分Eden中活躍對(duì)象放入Survivor區(qū)
D. Survivor區(qū)被用來(lái)作為Eden及OLD的中間交換區(qū)域，當(dāng)OLD區(qū)空間足夠時(shí)，Survivor區(qū)的對(duì)象會(huì)被移到Old區(qū)，否則會(huì)被保留在Survivor區(qū)
E. 當(dāng)OLD區(qū)空間不夠時(shí)，JVM會(huì)在OLD區(qū)進(jìn)行完全的垃圾收集（0級(jí)）
F. 完全垃圾收集后，若Survivor及OLD區(qū)仍然無(wú)法存放從Eden復(fù)制過(guò)來(lái)的部分對(duì)象，導(dǎo)致JVM無(wú)法在Eden區(qū)為新對(duì)象創(chuàng)建內(nèi)存區(qū)域，則出現(xiàn)”out of memory錯(cuò)誤”
對(duì)象衰老的過(guò)程
young generation的內(nèi)存，由一塊Eden(伊甸園，有意思)和兩塊Survivor Space(1.4文檔中稱為semi-space)構(gòu)成。新創(chuàng)建的對(duì)象的內(nèi)存都分配自eden。兩塊Survivor Space總有會(huì)一塊是空閑的，用作copying collection的目標(biāo)空間。Minor collection的過(guò)程就是將eden和在用survivor space中的活對(duì)象copy到空閑survivor space中。所謂survivor，也就是大部分對(duì)象在伊甸園出生后，根本活不過(guò)一次GC。對(duì)象在young generation里經(jīng)歷了一定次數(shù)的minor collection后，年紀(jì)大了，就會(huì)被移到old generation中，稱為tenuring。(是否僅當(dāng)survivor space不足的時(shí)候才會(huì)將老對(duì)象tenuring? 目前資料中沒(méi)有找到描述)
剩余內(nèi)存空間不足會(huì)觸發(fā)GC，如eden空間不夠了就要進(jìn)行minor collection，old generation空間不夠要進(jìn)行major collection，permanent generation空間不足會(huì)引發(fā)full GC。
4 接下來(lái)這部分講解的是TOMCAT或者其他服務(wù)器出現(xiàn)如下錯(cuò)誤時(shí)的分析:
1、首先是：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
解釋：
Heap size 設(shè)置
JVM堆的設(shè)置是指java程序運(yùn)行過(guò)程中JVM可以調(diào)配使用的內(nèi)存空間的設(shè)置.JVM在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)自動(dòng)設(shè)置Heap size的值，其初始空間(即-Xms)是物理內(nèi)存的1/64，最大空間(-Xmx)是物理內(nèi)存的1/4。可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項(xiàng)可進(jìn)行設(shè)置。Heap size 的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。
提示：在JVM中如果98％的時(shí)間是用于GC且可用的Heap size 不足2％的時(shí)候?qū)伋龃水惓Ｐ畔ⅰ?/p>
提示：Heap Size 最大不要超過(guò)可用物理內(nèi)存的80％，一般的要將-Xms和-Xmx選項(xiàng)設(shè)置為相同，而-Xmn為1/4的-Xmx值。
解決方法：
手動(dòng)設(shè)置Heap size
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat，在“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
Java代碼
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m
或修改catalina.sh
在“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m"
2、其次是：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
原因：
PermGen space的全稱是Permanent Generation space,是指內(nèi)存的永久保存區(qū)域，這塊內(nèi)存主要是被JVM存放Class和Meta信息的,Class在被Loader時(shí)就會(huì)被放到PermGen space中，它和存放類實(shí)例(Instance)的Heap區(qū)域不同,GC(Garbage Collection)不會(huì)在主程序運(yùn)行期對(duì)PermGen space進(jìn)行清理，所以如果你的應(yīng)用中有很CLASS的話,就很可能出現(xiàn)PermGen space錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤常見(jiàn)在web服務(wù)器對(duì)JSP進(jìn)行pre compile的時(shí)候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方j(luò)ar, 其大小超過(guò)了jvm默認(rèn)的大小(4M)那么就會(huì)產(chǎn)生此錯(cuò)誤信息了。
解決方法：
1. 手動(dòng)設(shè)置MaxPermSize大小
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat（Linux下為catalina.sh），在Java代碼
“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m
“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m
catalina.sh下為：
Java代碼
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m"
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m"
JVM的默認(rèn)設(shè)置
堆 （heap）（News Generation 和Old Generaion 之和）的設(shè)置
初始分配的內(nèi)存由-Xms指定，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64但小于1G。
最大分配的內(nèi)存由-Xmx指定，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/4但小于1G。
默認(rèn)空余堆內(nèi)存小于40%時(shí)，JVM就會(huì)增大堆直到-Xmx的最大限制，可以由-XX:MinHeapFreeRatio=指定。
默認(rèn)空余堆內(nèi)存大于70%時(shí)，JVM會(huì)減少堆直到-Xms的最小限制，可以由-XX:MaxHeapFreeRatio=指定。
服務(wù)器一般設(shè)置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后調(diào)整堆的大小，所以上面的兩個(gè)參數(shù)沒(méi)啥用。
-Xmn 設(shè)置young generation的heap大小
-XX:MinHeapFreeRatio與-XX:MaxHeapFreeRatio設(shè)定空閑內(nèi)存占總內(nèi)存的比例范圍，這兩個(gè)參數(shù)會(huì)影響GC的頻率和單次GC的耗時(shí)。-XX:NewRatio決定young與old generation的比例。Young generation空間越大，minor collection頻率越低，但是old generation空間小了，又可能導(dǎo)致major collection頻率增加。-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize直接指定了young generation的缺省大小和最大大小。
非堆內(nèi)存 的設(shè)置
默認(rèn)分配為64M
-XX:PermSize設(shè)置最小分配空間，-XX:MaxPermSize設(shè)置最大分配空間。一般把這兩個(gè)數(shù)值設(shè)為相同，以減少申請(qǐng)內(nèi)存空間的時(shí)間。
再講解和筆記下,JDK下的一些相關(guān)看內(nèi)存管理工具的使用:
查看jvm內(nèi)存狀態(tài)：
jstat -gcutil pid 1000 20
異常情況的例子
jstat -gcutil pid 1000 20
S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT
0.00 0.00 99.99 82.51 53.11 2409 1.205 10117 7250.393 7251.598
0.00 0.00 83.42 82.55 53.10 2409 1.205 10118 7252.650 7253.855
0.00 0.00 56.06 82.46 53.10 2410 1.205 10120 7254.467 7255.672
0.00 0.00 32.11 82.55 53.10 2411 1.205 10121 7256.673 7257.877
0.00 0.00 99.99 82.55 53.10 2412 1.205 10123 7257.026 7258.231
0.00 0.00 76.00 82.50 53.10 2412 1.205 10124 7259.241 7260.446
這個(gè)數(shù)據(jù)顯示Full GC頻繁發(fā)生。
正常情況的例子
S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT
0.00 0.00 0.24 55.39 99.60 171 0.667 1339 393.364 394.031
0.00 0.00 0.24 55.39 99.60 171 0.667 1339 393.364 394.031
0.00 0.00 0.24 55.39 99.60 171 0.667 1339 393.364 394.031
0.00 0.00 0.24 55.39 99.60 171 0.667 1339 393.364 394.031
0.00 0.00 0.24 55.39 99.60 171 0.667 1339 393.364 394.031
0.00 0.00 0.24 55.39 99.60 171 0.667 1339 393.364 394.031
參數(shù)含義：
S0：Heap上的 Survivor space 0 段已使用空間的百分比
S1：Heap上的 Survivor space 1 段已使用空間的百分比
E： Heap上的 Eden space 段已使用空間的百分比
O： Heap上的 Old space 段已使用空間的百分比
P： Perm space 已使用空間的百分比
YGC：從程序啟動(dòng)到采樣時(shí)發(fā)生Young GC的次數(shù)
YGCT：Young GC所用的時(shí)間(單位秒)
FGC：從程序啟動(dòng)到采樣時(shí)發(fā)生Full GC的次數(shù)
FGCT：Full GC所用的時(shí)間(單位秒)
GCT：用于垃圾回收的總時(shí)間(單位秒)
2 Dump出內(nèi)存
2.1 找出要dump的線程pid
在Linux下，使用ps –aux
2.2 Dump出內(nèi)存使用詳情
可以通過(guò)命令：
jmap -dump:file=a.hprof pid
例如:jmap -heap 2343,可以看到
Attaching to process ID 2343, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 11.0-b16
using thread-local object allocation.
Parallel GC with 8 thread(s)
Heap Configuration:
MinHeapFreeRatio = 40
MaxHeapFreeRatio = 70
MaxHeapSize = 4294967296 (4096.0MB)
NewSize = 2686976 (2.5625MB)
MaxNewSize = -65536 (-0.0625MB)
OldSize = 5439488 (5.1875MB)
NewRatio = 2 （YG，OG 大小比為1：2）
SurvivorRatio = 8
PermSize = 21757952 (20.75MB)
MaxPermSize = 268435456 (256.0MB)
Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
capacity = 1260060672 (1201.6875MB)
used = 64868288 (61.86322021484375MB)
free = 1195192384 (1139.8242797851562MB)
5.148028935546367% used
From Space:
capacity = 85524480 (81.5625MB)
used = 59457648 (56.70323181152344MB)
free = 26066832 (24.859268188476562MB)
69.52120375359195% used
To Space:
capacity = 85852160 (81.875MB)
used = 0 (0.0MB)
free = 85852160 (81.875MB)
0.0% used
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~這三塊為上面所說(shuō)的YG大小和使用情況
PS Old Generation
capacity = 2291138560 (2185.0MB)
used = 1747845928 (1666.8757705688477MB)
free = 543292632 (518.1242294311523MB)
76.28722062099989% used
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~OG大小和使用情況
PS Perm Generation
capacity = 108265472 (103.25MB)
used = 107650712 (102.6637191772461MB)
free = 614760 (0.5862808227539062MB)
99.43217353728436% used
jstat
jstat是vm的狀態(tài)監(jiān)控工具，監(jiān)控的內(nèi)容有類加載、運(yùn)行時(shí)編譯及GC。
使用時(shí)，需加上查看進(jìn)程的進(jìn)程id，和所選參數(shù)。以下詳細(xì)介紹各個(gè)參數(shù)的意義。
jstat -class pid:顯示加載class的數(shù)量，及所占空間等信息。
jstat -compiler pid:顯示VM實(shí)時(shí)編譯的數(shù)量等信息。
jstat -gc pid:可以顯示gc的信息，查看gc的次數(shù)，及時(shí)間。其中最后五項(xiàng)，分別是young gc的次數(shù)，young gc的時(shí)間，full gc的次數(shù)，full gc的時(shí)間，gc的總時(shí)間。
jstat -gccapacity:可以顯示，VM內(nèi)存中三代（young,old,perm）對(duì)象的使用和占用大小，如：PGCMN顯示的是最小perm的內(nèi)存使用量，PGCMX顯示的是perm的內(nèi)存最大使用量，PGC是當(dāng)前新生成的perm內(nèi)存占用量，PC是但前perm內(nèi)存占用量。其他的可以根據(jù)這個(gè)類推， OC是old內(nèi)純的占用量。
jstat -gcnew pid:new對(duì)象的信息。
jstat -gcnewcapacity pid:new對(duì)象的信息及其占用量。
jstat -gcold pid:old對(duì)象的信息。
jstat -gcoldcapacity pid:old對(duì)象的信息及其占用量。
jstat -gcpermcapacity pid: perm對(duì)象的信息及其占用量。
jstat -util pid:統(tǒng)計(jì)gc信息統(tǒng)計(jì)。
jstat -printcompilation pid:當(dāng)前VM執(zhí)行的信息。
除了以上一個(gè)參數(shù)外，還可以同時(shí)加上 兩個(gè)數(shù)字，如：jstat -printcompilation 3024 250 6是每250毫秒打印一次，一共打印6次，還可以加上-h3每三行顯示一下標(biāo)題。
例子：
jstat -gcutil pid 1000 20
S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT
47.49 0.00 64.82 46.08 47.69 20822 2058.631 68 22.734 2081.365
0.00 37.91 38.57 46.13 47.69 20823 2058.691 68 22.734 2081.425 這里發(fā)生了一次YG GC，也就是MinorGC，耗時(shí)0.06s
46.69 0.00 15.19 46.18 47.69 20824 2058.776 68 22.734 2081.510
46.69 0.00 74.59 46.18 47.69 20824 2058.776 68 22.734 2081.510
0.00 40.29 19.95 46.24 47.69 20825 2058.848 68 22.734 2081.582
MajorGC平均時(shí)間：22.734/68=0.334秒
MinorGC平均時(shí)間：2058.691/20823=0.099秒
