Java系列笔记(4) - JVM监控与调优

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参数设置
收集器搭配
启动内存分配
监控工具和方法
调优方法
调优实例
     
光说不练假把式，学习Java GC机制的目的是为了实用，也就是为了在JVM出现问题时分析原因并解决之。通过学习，我觉得JVM监控与调优主要的着眼点在于如何配置、如何监控、如何优化3点上。下面就将针对这3点进行学习。
     （如果您对Java的内存区域划分和内存回收机制尚不明确，那在阅读本文前，请先阅读我的前一篇博客《Java系列笔记(3) - Java 内存区域和GC机制》，在该博客中，详细叙述了Java HotSpot虚拟机（Sun/Oracle JDK系列默认的虚拟机）的内存分配和垃圾回收机制。本文很多内容将依据上一篇博客，同时，本文所针对的虚拟机，也是HotSpot虚拟机。）
参数设置

 在Java虚拟机的参数中，有3种表示方法（出自：http://www.cnblogs.com/wenfeng762/archive/2011/08/14/2137810.html），用“ps -ef |grep "java"命令，可以得到当前Java进程的所有启动参数和配置参数：

  • 标准参数（-），所有的JVM实现都必须实现这些参数的功能，而且向后兼容；
  • 非标准参数（-X），默认jvm实现这些参数的功能，但是并不保证所有jvm实现都满足，且不保证向后兼容；
  • 非Stable参数（-XX），此类参数各个jvm实现会有所不同，将来可能会随时取消，需要慎重使用（但是，这些参数往往是非常有用的）；

（额外的，-DpropertyName=“value”的形式定义了一些全局属性值，下面有介绍。）
本文只重点介绍一些重要和常用的参数，如果想了解全部参数，可以参考下面的文章：

 
标准参数

其实标准参数是用过Java的人都最熟悉的，就是你在运行java命令时后面加上的参数，如java -version, java -jar 等，输入命令java -help或java -?就能获得当前机器所有java的标准参数列表。
-client
设置jvm使用client模式，这是一般在pc机器上使用的模式，启动很快，但性能和内存管理效率并不高；多用于桌面应用；

-server
使用server模式，启动速度虽然慢（比client模式慢10%左右），但是性能和内存管理效率很高，适用于服务器，用于生成环境、开发环境或测试环境的服务端；
如果没有指定-server或-client，JVM启动的时候会自动检测当前主机是否为服务器，如果是就以server模式启动，64位的JVM只有server模式，所以无法使用-client参数；
默认情况下，不同的启动模式，执行GC的方式有所区别：

启动模式 新生代GC方式 旧生代和持久代GC的方式
client 串行 串行
server 并行 并发

如果没有指定-server或-client模式，则判断方法如下：

-classpath / -cp
JVM加载和搜索文件的目录路径，多个路径用;分隔。注意，如果使用了-classpath，JVM就不会再搜索环境变量中定义的CLASSPATH路径。
JVM搜索路径的顺序为：
1，先搜索JVM自带的jar或zip包（Bootstrat，搜索路径可以用System.getProperty("sun.boot.class.path")获得）；
2，搜索JRE_HOME/lib/ext下的jar包（Extension，搜索路径可以用System.getProperty("java.ext.dirs")获得）；
3，搜索用户自定义目录，顺序为：当前目录（.），CLASSPATH，-cp；（搜索路径用System.getProperty("java.class.path")获得）

-DpropertyName=value
定义系统的全局属性值，如配置文件地址等，如果value有空格，可以用-Dname="space string"这样的形式来定义，用System.getProperty("propertyName")可以获得这些定义的属性值，在代码中也可以用System.setProperty("propertyName","value")的形式来定义属性。

-verbose
这是查询GC问题最常用的命令之一，具体参数如：
-verbose:class
 输出jvm载入类的相关信息，当jvm报告说找不到类或者类冲突时可此进行诊断。
-verbose:gc
 输出每次GC的相关情况，后面会有更详细的介绍。
-verbose:jni
 输出native方法调用的相关情况，一般用于诊断jni调用错误信息。

非标准参数
非标准参数，是在标准参数的基础上进行扩展的参数，输入“java -X”命令，能够获得当前JVM支持的所有非标准参数列表（你会发现，其实并不多哦）。

在不同类型的JVM中，采用的参数有所不同，
在讲解非标准参数时，请参考下面的图，对内存区域的大小有个形象的了解（下图出自：http://iamzhongyong.iteye.com/blog/1333100）：


-Xmn
新生代内存大小的最大值，包括E区和两个S区的总和，使用方法如：-Xmn65535，-Xmn1024k，-Xmn512m，-Xmn1g (-Xms,-Xmx也是种写法)
-Xmn只能使用在JDK1.4或之后的版本中，（之前的1.3/1.4版本中，可使用-XX:NewSize设置年轻代大小，用-XX:MaxNewSize设置年轻代最大值）；
如果同时设置了-Xmn和-XX:NewSize，-XX:MaxNewSize，则谁设置在后面，谁就生效；如果同时设置了-XX:NewSize -XX:MaxNewSize与-XX:NewRatio则实际生效的值是：min(MaxNewSize,max(NewSize, heap/(NewRatio+1)))（看考：http://www.open-open.com/home/space.php?uid=71669&do=blog&id=8891）
在开发、测试环境，可以-XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize来设置新生代大小，但在线上生产环境，使用-Xmn一个即可（推荐），或者将-XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize设置为同一个值，这样能够防止在每次GC之后都要调整堆的大小（即：抖动，抖动会严重影响性能）

 -Xms
初始堆的大小，也是堆大小的最小值，默认值是总共的物理内存/64（且小于1G），默认情况下，当堆中可用内存小于40%(这个值可以用-XX: MinHeapFreeRatio 调整，如-X:MinHeapFreeRatio=30)时，堆内存会开始增加，一直增加到-Xmx的大小；

 -Xmx
堆的最大值，默认值是总共的物理内存/64（且小于1G），如果Xms和Xmx都不设置，则两者大小会相同，默认情况下，当堆中可用内存大于70%（这个值可以用-XX: MaxHeapFreeRatio 调整，如-X:MaxHeapFreeRatio=60）时，堆内存会开始减少，一直减小到-Xms的大小；
整个堆的大小=年轻代大小+年老代大小，堆的大小不包含持久代大小，如果增大了年轻代，年老代相应就会减小，官方默认的配置为年老代大小/年轻代大小=2/1左右（使用-XX:NewRatio可以设置-XX:NewRatio=5，表示年老代/年轻代=5/1）；
建议在开发测试环境可以用Xms和Xmx分别设置最小值最大值，但是在线上生产环境，Xms和Xmx设置的值必须一样，原因与年轻代一样——防止抖动；

 -Xss
这个参数用于设置每个线程的栈内存，默认1M，一般来说是不需要改的。除非代码不多，可以设置的小点，另外一个相似的参数是-XX:ThreadStackSize，这两个参数在1.6以前，都是谁设置在后面，谁就生效；1.6版本以后，-Xss设置在后面，则以-Xss为准，-XXThreadStackSize设置在后面，则主线程以-Xss为准，其它线程以-XX:ThreadStackSize为准。

 -Xrs
减少JVM对操作系统信号（OS Signals）的使用（JDK1.3.1之后才有效），当此参数被设置之后，jvm将不接收控制台的控制handler，以防止与在后台以服务形式运行的JVM冲突（这个用的比较少，参考：http://www.blogjava.net/midstr/archive/2008/09/21/230265.html）。

-Xprof
 跟踪正运行的程序，并将跟踪数据在标准输出输出；适合于开发环境调试。

-Xnoclassgc
 关闭针对class的gc功能；因为其阻止内存回收，所以可能会导致OutOfMemoryError错误，慎用；

-Xincgc
 开启增量gc（默认为关闭）；这有助于减少长时间GC时应用程序出现的停顿；但由于可能和应用程序并发执行，所以会降低CPU对应用的处理能力。

-Xloggc:file
 与-verbose:gc功能类似，只是将每次GC事件的相关情况记录到一个文件中，文件的位置最好在本地，以避免网络的潜在问题。
 若与verbose命令同时出现在命令行中，则以-Xloggc为准。

非Stable参数（非静态参数）
以-XX表示的非Stable参数，虽然在官方文档中是不确定的，不健壮的，各个公司的实现也各有不同，但往往非常实用，所以这部分参数对于GC非常重要。JVM（Hotspot）中主要的参数可以大致分为3类（参考http://blog.csdn.net/sfdev/article/details/2063928）：

  • 性能参数（ Performance Options）：用于JVM的性能调优和内存分配控制，如初始化内存大小的设置；
  • 行为参数（Behavioral Options）：用于改变JVM的基础行为，如GC的方式和算法的选择；
  • 调试参数（Debugging Options）：用于监控、打印、输出等jvm参数，用于显示jvm更加详细的信息；

比较详细的非Stable参数总结，请参考Java 6 JVM参数选项大全（中文版），
对于非Stable参数，使用方法有4种：

  • -XX:+<option> 启用选项
  • -XX:-<option> 不启用选项
  • -XX:<option>=<number> 给选项设置一个数字类型值，可跟单位，例如 32k, 1024m, 2g
  • -XX:<option>=<string> 给选项设置一个字符串值，例如-XX:HeapDumpPath=./dump.core

首先介绍性能参数，性能参数往往用来定义内存分配的大小和比例，相比于行为参数和调试参数，一个比较明显的区别是性能参数后面往往跟的有数值，常用如下：

参数及其默认值 描述
-XX:NewSize=2.125m
新生代对象生成时占用内存的默认值
-XX:MaxNewSize=size 新生成对象能占用内存的最大值
-XX:MaxPermSize=64m 方法区所能占用的最大内存（非堆内存）
-XX:PermSize=64m 方法区分配的初始内存
-XX:MaxTenuringThreshold=15
 对象在新生代存活区切换的次数（坚持过MinorGC的次数，每坚持过一次，该值就增加1），大于该值会进入老年代
-XX:MaxHeapFreeRatio=70
GC后java堆中空闲量占的最大比例，大于该值，则堆内存会减少
-XX:MinHeapFreeRatio=40 GC后java堆中空闲量占的最小比例，小于该值，则堆内存会增加
-XX:NewRatio=2 新生代内存容量与老生代内存容量的比例
-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:LargePageSizeInBytes=4m
设置用于Java堆的大页面尺寸
-XX:PretenureSizeThreshold= size    大于该值的对象直接晋升入老年代（这种对象少用为好）
-XX:SurvivorRatio=8 Eden区域Survivor区的容量比值，如默认值为8，代表Eden：Survivor1：Survivor2=8:1:1

常用的行为参数，主要用来选择使用什么样的垃圾收集器组合，以及控制运行过程中的GC策略等：

参数及其默认值 描述
-XX:-UseSerialGC
启用串行GC，即采用Serial+Serial Old模式
-XX:-UseParallelGC
启用并行GC，即采用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合（-Server模式下的默认组合）
-XX:GCTimeRatio=99 设置用户执行时间占总时间的比例（默认值99，即1%的时间用于GC）
-XX:MaxGCPauseMillis=time 设置GC的最大停顿时间（这个参数只对Parallel Scavenge有效）
-XX:+UseParNewGC 使用ParNew+Serial Old收集器组合
-XX:ParallelGCThreads 设置执行内存回收的线程数，在+UseParNewGC的情况下使用
-XX:+UseParallelOldGC
 使用Parallel Scavenge +Parallel Old组合收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用ParNew+CMS+Serial Old组合并发收集，优先使用ParNew+CMS，当用户线程内存不足时，采用备用方案Serial Old收集。
-XX:-DisableExplicitGC 禁止调用System.gc()；但jvm的gc仍然有效
-XX:+ScavengeBeforeFullGC 新生代GC优先于Full GC执行

常用的调试参数，主要用于监控和打印GC的信息：

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<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<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:OnError="<cmd args>;<cmd args>" 出现致命ERROR之后运行自定义命令
-XX:OnOutOfMemoryError="<cmd args>;<cmd args>" 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

 再次声明，上面的三种参数，主要参考了博客：http://blog.csdn.net/sfdev/article/details/2063928和http://kenwublog.com/docs/java6-jvm-options-chinese-edition.htm，后一个比较全面，有兴趣的可以仔细研读。
这些参数将为我们进行GC的监控与调优提供很大助力，是我们进行GC相关操作的重要工具。
收集器搭配

在介绍了常用的配置参数之后，我们将开始真正的JVM实操征程，首先，我们要为应用程序选择一个合适的垃圾收集器组合，本节请参考《Java系列笔记(3) - Java 内存区域和GC机制》一文中的“垃圾收集器”一节，及上节中的行为参数。

这里需要再次引用这幅图（图来源于《深入理解Java虚拟机：JVM高级特效与最佳实现》，图中两个收集器之间有连线，说明它们可以配合使用）：


Serial收集器： Serial收集器是在client模式下默认的新生代收集器，其收集效率大约是100M左右的内存需要几十到100多毫秒；在client模式下，收集桌面应用的内存垃圾，基本上不影响用户体验。所以，一般的Java桌面应用中，直接使用Serial收集器（不需要配置参数，用默认即可）。
ParNew收集器：Serial收集器的多线程版本，这种收集器默认开通的线程数与CPU数量相同，-XX:ParallelGCThreads可以用来设置开通的线程数。
可以与CMS收集器配合使用，事实上用-XX:+UseConcMarkSweepGC选择使用CMS收集器时，默认使用的就是ParNew收集器，所以不需要额外设置-XX:+UseParNewGC，设置了也不会冲突，因为会将ParNew+Serial Old作为一个备选方案；
如果单独使用-XX:+UseParNewGC参数，则选择的是ParNew+Serial Old收集器组合收集器。
一般情况下，在server模式下，如果选择CMS收集器，则优先选择ParNew收集器。
Parallel Scavenge收集器：关注的是吞吐量（关于吞吐量的含义见上一篇博客），可以这么理解，关注吞吐量，意味着强调任务更快的完成，而如CMS等关注停顿时间短的收集器，强调的是用户交互体验。
在需要关注吞吐量的场合，比如数据运算服务器等，就可以使用Parallel Scavenge收集器。

老年代收集器如下：
Serial Old收集器：在1.5版本及以前可以与 Parallel Scavenge结合使用（事实上，也是当时Parallel Scavenge唯一能用的版本），另外就是在使用CMS收集器时的备用方案，发生 Concurrent Mode Failure时使用。
如果是单独使用，Serial Old一般用在client模式中。
Parallel Old收集器：在1.6版本之后，与 Parallel Scavenge结合使用，以更好的贯彻吞吐量优先的思想，如果是关注吞吐量的服务器，建议使用Parallel Scavenge + Parallel Old 收集器。
CMS收集器：这是当前阶段使用很广的一种收集器，国内很多大的互联网公司线上服务器都使用这种垃圾收集器（http://blog.csdn.net/wisgood/article/details/17067203），笔者公司的收集器也是这种，CMS收集器以获取最短回收停顿时间为目标，非常适合对用户响应比较高的B/S架构服务器。
 CMSIncrementalMode： CMS收集器变种，属增量式垃圾收集器，在并发标记和并发清理时交替运行垃圾收集器和用户线程。
 G1 收集器：面向服务器端应用的垃圾收集器，计划未来替代CMS收集器。

  • 一般来说，如果是Java桌面应用，建议采用Serial+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseSerialGC（-client下的默认参数）
  • 在开发/测试环境，可以采用默认参数，即采用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseParallelGC（-server下的默认参数）
  • 在线上运算优先的环境，建议采用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseParallelGC
  • 在线上服务响应优先的环境，建议采用ParNew+CMS+Serial Old收集器组合，即：-XX:+UseConcMarkSweepGC

另外在选择了垃圾收集器组合之后，还要配置一些辅助参数，以保证收集器可以更好的工作。关于这些参数，请在http://kenwublog.com/docs/java6-jvm-options-chinese-edition.htm中查询其意义和用法，如：

  • 选用了ParNew收集器，你可能需要配置4个参数： -XX:SurvivorRatio, -XX:PretenureSizeThreshold, -XX:+HandlePromotionFailure,-XX:MaxTenuringThreshold；
  • 选用了 Parallel Scavenge收集器，你可能需要配置3个参数： -XX:MaxGCPauseMillis，-XX:GCTimeRatio， -XX:+UseAdaptiveSizePolicy ；
  • 选用了CMS收集器，你可能需要配置3个参数： -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction， -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection, -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction；

启动内存分配

关于GC有一个常见的疑问是，在启动时，我的内存如何分配？经过前面的学习，已经很容易知道，用-Xmn，-Xmx，-Xms，-Xss，-XX:NewSize，-XX:MaxNewSize，-XX:MaxPermSize，-XX:PermSize，-XX:SurvivorRatio，-XX:PretenureSizeThreshold，-XX:MaxTenuringThreshold就基本可以配置内存启动时的分配情况。但是，具体配置多少？设置小了，频繁GC（甚至内存溢出），设置大了，内存浪费。结合前面对于内存区域和其作用的学习，尽量考虑如下建议：

  1. -XX:PermSize尽量比-XX:MaxPermSize小，-XX:MaxPermSize>= 2 * -XX:PermSize, -XX:PermSize> 64m，一般对于4G内存的机器，-XX:MaxPermSize不会超过256m；
  2. -Xms =  -Xmx（线上Server模式），以防止抖动，大小受操作系统和内存大小限制，如果是32位系统，则一般-Xms设置为1g-2g（假设有4g内存），在64位系统上，没有限制，不过一般为机器最大内存的一半左右；
  3. -Xmn，在开发环境下，可以用-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize来设置新生代的大小（-XX:NewSize<=-XX:MaxNewSize），在生产环境，建议只设置-Xmn，一般-Xmn的大小是-Xms的1/2左右，不要设置的过大或过小，过大导致老年代变小，频繁Full GC，过小导致minor GC频繁。如果不设置-Xmn，可以采用-XX:NewRatio=2来设置，也是一样的效果；
  4. -Xss一般是不需要改的，默认值即可。
  5. -XX:SurvivorRatio一般设置8-10左右，推荐设置为10，也即：Survivor区的大小是Eden区的1/10，一般来说，普通的Java程序应用，一次minorGC后，至少98%-99%的对象，都会消亡，所以，survivor区设置为Eden区的1/10左右，能使Survivor区容纳下10-20次的minor GC才满，然后再进入老年代，这个与 -XX:MaxTenuringThreshold的默认值15次也相匹配的。如果XX:SurvivorRatio设置的太小，会导致本来能通过minor回收掉的对象提前进入老年代，产生不必要的full gc；如果XX:SurvivorRatio设置的太大，会导致Eden区相应的被压缩。
  6. -XX:MaxTenuringThreshold默认为15，也就是说，经过15次Survivor轮换（即15次minor GC），就进入老年代， 如果设置的小的话，则年轻代对象在survivor中存活的时间减小，提前进入年老代，对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，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的概率。需要注意的是，设置了 -XX:MaxTenuringThreshold，并不代表着，对象一定在年轻代存活15次才被晋升进入老年代，它只是一个最大值，事实上，存在一个动态计算机制，计算每次晋入老年代的阈值，取阈值和MaxTenuringThreshold中较小的一个为准。
  7. -XX:PretenureSizeThreshold一般采用默认值即可。

监控工具和方法

在JVM运行的过程中，为保证其稳定、高效，或在出现GC问题时分析问题原因，我们需要对GC进行监控。所谓监控，其实就是分析清楚当前GC的情况。其目的是鉴别JVM是否在高效的进行垃圾回收，以及有没有必要进行调优。
通过监控GC，我们可以搞清楚很多问题，如：
1，minor GC和full GC的频率；
2，执行一次GC所消耗的时间；
3，新生代的对象何时被移到老生代以及花费了多少时间；
4，每次GC中，其它线程暂停（Stop the world）的时间；
5，每次GC的效果如何，是否不理想；
………………
监控GC的工具分为2种：命令行工具和图形工具；
常用的命令行工具有：
注：下面的命令都在JAVA_HOME/bin中，是java自带的命令。如果您发现无法使用，请直接进入Java安装目录调用或者先设置Java的环境变量，一个简单的办法为：直接运行命令 export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH；另外，一般的，在Linux下，下面的命令需要sudo权限，在windows下，部分命令的部分选项不能使用。
1，jps
jps命令用于查询正在运行的JVM进程，常用的参数为：
    -q:只输出LVMID，省略主类的名称
    -m:输出虚拟机进程启动时传给主类main()函数的参数
    -l:输出主类的全类名，如果进程执行的是Jar包，输出Jar路径
    -v:输出虚拟机进程启动时JVM参数
命令格式:jps [option] [hostid]
一个简单的例子：


在上图中，有一个vid为309的apache进程在提供web服务。

2，jstat
jstat可以实时显示本地或远程JVM进程中类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等数据（如果要显示远程JVM信息，需要远程主机开启RMI支持）。如果在服务启动时没有指定启动参数-verbose:gc，则可以用jstat实时查看gc情况。
jstat有如下选项：
   -class:监视类装载、卸载数量、总空间及类装载所耗费的时间
   -gc:监听Java堆状况，包括Eden区、两个Survivor区、老年代、永久代等的容量，以用空间、GC时间合计等信息
   -gccapacity:监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注java堆各个区域使用到的最大和最小空间
   -gcutil:监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比
   -gccause:与-gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次GC产生的原因
   -gcnew:监视新生代GC状况
   -gcnewcapacity:监视内同与-gcnew基本相同，输出主要关注使用到的最大和最小空间
   -gcold:监视老年代GC情况
   -gcoldcapacity:监视内同与-gcold基本相同，输出主要关注使用到的最大和最小空间
   -gcpermcapacity:输出永久代使用到最大和最小空间
   -compiler:输出JIT编译器编译过的方法、耗时等信息
   -printcompilation:输出已经被JIT编译的方法
命令格式:jstat [option vmid [interval[s|ms] [count]]]
jstat可以监控远程机器，命令格式中VMID和LVMID特别说明：如果是本地虚拟机进程，VMID和LVMID是一致的，如果是远程虚拟机进程，那么VMID格式是: [protocol:][//]lvmid[@hostname[:port]/servername]，如果省略interval和count，则只查询一次
查看gc情况的例子：


在图中，命令sudo jstat -gc 309 1000 5代表着：搜集vid为309的java进程的整体gc状态， 每1000ms收集一次，共收集5次；XXXC表示该区容量，XXXU表示该区使用量，各列解释如下：
S0C：S0区容量（S1区相同，略）
S0U：S0区已使用
EC：E区容量
EU：E区已使用
OC：老年代容量
OU：老年代已使用
PC：Perm容量
PU：Perm区已使用
YGC：Young GC（Minor GC）次数
YGCT：Young GC总耗时
FGC：Full GC次数
FGCT：Full GC总耗时
GCT：GC总耗时

用gcutil查看内存的例子：


图中的各列与用gc参数时基本一致，不同的是这里显示的是已占用的百分比，如S0为86.53，代表着S0区已使用了86.53%

3，jinfo
用于查询当前运行这的JVM属性和参数的值。
jinfo可以使用如下选项：
   -flag:显示未被显示指定的参数的系统默认值
   -flag [+|-]name或-flag name=value: 修改部分参数
   -sysprops:打印虚拟机进程的System.getProperties()
 命令格式:jinfo [option] pid

4，jmap
用于显示当前Java堆和永久代的详细信息（如当前使用的收集器，当前的空间使用率等）
   -dump:生成java堆转储快照
   -heap:显示java堆详细信息(只在Linux/Solaris下有效)
   -F:当虚拟机进程对-dump选项没有响应时，可使用这个选项强制生成dump快照(只在Linux/Solaris下有效)
   -finalizerinfo:显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalize方法的对象(只在Linux/Solaris下有效)
   -histo:显示堆中对象统计信息
   -permstat:以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态(只在Linux/Solaris下有效)
 命令格式:jmap [option] vmid
其中前面3个参数最重要，如：
查看对详细信息：sudo jmap -heap 309
生成dump文件： sudo jmap -dump:file=./test.prof 309
部分用户没有权限时，采用admin用户：sudo -u admin -H  jmap -dump:format=b,file=文件名.hprof pid
查看当前堆中对象统计信息：sudo  jmap -histo 309：该命令显示3列，分别为对象数量，对象大小，对象名称，通过该命令可以查看是否内存中有大对象；
有的用户可能没有jmap权限：sudo -u admin -H jmap -histo 309 | less

5，jhat
用于分析使用jmap生成的dump文件，是JDK自带的工具，使用方法为： jhat -J -Xmx512m [file]
不过jhat没有mat好用，推荐使用mat（Eclipse插件： http://www.eclipse.org/mat ），mat速度更快，而且是图形界面。

6，jstack
用于生成当前JVM的所有线程快照，线程快照是虚拟机每一条线程正在执行的方法,目的是定位线程出现长时间停顿的原因。
   -F:当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈
   -l:除堆栈外，显示关于锁的附加信息
   -m:如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈
命令格式:jstack [option] vmid


7，-verbosegc
-verbosegc是一个比较重要的启动参数，记录每次gc的日志，下面的表格对比了jstat和-verbosegc：


jstat
-verbosegc
监控对象
运行在本机的Java应用可以把日志输出到终端上，或者借助jstatd命令通过网络连接远程的Java应用。
只有那些把-verbogc作为启动参数的JVM。
输出信息
堆状态（已用空间，最大限制，GC执行次数/时间，等等）
执行GC前后新生代和老年代空间大小，GC执行时间。
输出时间
Every designated time
每次设定好的时间。
每次GC发生的时候。
用途
观察堆空间变化情况
了解单次GC产生的效果。


与-verbosegc配合使用的一些常用参数为：
   -XX:+PrintGCDetails，打印GC信息，这是-verbosegc默认开启的选项
   -XX:+PrintGCTimeStamps，打印每次GC的时间戳
   -XX:+PrintHeapAtGC：每次GC时，打印堆信息
   -XX:+PrintGCDateStamps (from JDK 6 update 4) ：打印GC日期，适合于长期运行的服务器
   -Xloggc:/home/admin/logs/gc.log：制定打印信息的记录的日志位置
每条verbosegc打印出的gc日志，都类似于下面的格式：
time [GC [<collector>: <starting occupancy1> -> <ending occupancy1>(total occupancy1), <pause time1> secs] <starting occupancy3> -> <ending occupancy3>(total occupancy3), <pause time3> secs]
如：


这些选项的意义是：
time：执行GC的时间，需要添加-XX:+PrintGCDateStamps参数才有；
collector：minor gc使用的收集器的名字。
starting occupancy1：GC执行前新生代空间大小。
ending occupancy1：GC执行后新生代空间大小。
total occupancy1：新生代总大小
pause time1：因为执行minor GC，Java应用暂停的时间。
starting occupancy3：GC执行前堆区域总大小
ending occupancy3：GC执行后堆区域总大小
total occupancy3：堆区总大小
pause time3：Java应用由于执行堆空间GC（包括full GC）而停止的时间。

8，可视化工具
监控和分析GC也有一些可视化工具，比较常见的有JConsole和VisualVM，有兴趣的可以看看下面的文章，在此不再赘述：
http://blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8049707

调优方法

一切都是为了这一步，调优，在调优之前，我们需要记住下面的原则：

  1. 多数的Java应用不需要在服务器上进行GC优化；
  2. 多数导致GC问题的Java应用，都不是因为我们参数设置错误，而是代码问题；
  3. 在应用上线之前，先考虑将机器的JVM参数设置到最优（最适合）；
  4. 减少创建对象的数量；
  5. 减少使用全局变量和大对象；
  6. GC优化是到最后不得已才采用的手段；
  7. 在实际使用中，分析GC情况优化代码比优化GC参数要多得多；

GC优化的目的有两个（http://www.360doc.com/content/13/0305/10/15643_269388816.shtml）：

  • 将转移到老年代的对象数量降低到最小；
  • 减少full GC的执行时间；

为了达到上面的目的，一般地，你需要做的事情有：

  • 减少使用全局变量和大对象；
  • 调整新生代的大小到最合适；
  • 设置老年代的大小为最合适；
  • 选择合适的GC收集器；

在上面的4条方法中，用了几个“合适”，那究竟什么才算合适，一般的，请参考上面“收集器搭配”和“启动内存分配”两节中的建议。但这些建议不是万能的，需要根据您的机器和应用情况进行发展和变化，实际操作中，可以将两台机器分别设置成不同的GC参数，并且进行对比，选用那些确实提高了性能或减少了GC时间的参数。

真正熟练的使用GC调优，是建立在多次进行GC监控和调优的实战经验上的，进行监控和调优的一般步骤为：
1，监控GC的状态
使用各种JVM工具，查看当前日志，分析当前JVM参数设置，并且分析当前堆内存快照和gc日志，根据实际的各区域内存划分和GC执行时间，觉得是否进行优化；
2，分析结果，判断是否需要优化
如果各项参数设置合理，系统没有超时日志出现，GC频率不高，GC耗时不高，那么没有必要进行GC优化；如果GC时间超过1-3秒，或者频繁GC，则必须优化；
注：如果满足下面的指标，则一般不需要进行GC：

  • Minor GC执行时间不到50ms；
  • Minor GC执行不频繁，约10秒一次；
  • Full GC执行时间不到1s；
  • Full GC执行频率不算频繁，不低于10分钟1次；

3，调整GC类型和内存分配
如果内存分配过大或过小，或者采用的GC收集器比较慢，则应该优先调整这些参数，并且先找1台或几台机器进行beta，然后比较优化过的机器和没有优化的机器的性能对比，并有针对性的做出最后选择；
4，不断的分析和调整
通过不断的试验和试错，分析并找到最合适的参数
5，全面应用参数
如果找到了最合适的参数，则将这些参数应用到所有服务器，并进行后续跟踪。

调优实例

上面的内容都是纸上谈兵，下面我们以一些真实例子来进行说明：
实例1：
笔者昨日发现部分开发测试机器出现异常：java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded，这个异常代表：GC为了释放很小的空间却耗费了太多的时间，其原因一般有两个：1，堆太小，2，有死循环或大对象；
笔者首先排除了第2个原因，因为这个应用同时是在线上运行的，如果有问题，早就挂了。所以怀疑是这台机器中堆设置太小；
使用ps -ef |grep "java"查看，发现：


该应用的堆区设置只有768m，而机器内存有2g，机器上只跑这一个java应用，没有其他需要占用内存的地方。另外，这个应用比较大，需要占用的内存也比较多；
笔者通过上面的情况判断，只需要改变堆中各区域的大小设置即可，于是改成下面的情况：


跟踪运行情况发现，相关异常没有再出现；

实例2：（http://www.360doc.com/content/13/0305/10/15643_269388816.shtml）
一个服务系统，经常出现卡顿，分析原因，发现Full GC时间太长：
jstat -gcutil:
S0     S1    E     O       P        YGC YGCT FGC FGCT  GCT
12.16 0.00 5.18 63.78 20.32  54   2.047 5     6.946  8.993
分析上面的数据，发现Young GC执行了54次，耗时2.047秒，每次Young GC耗时37ms，在正常范围，而Full GC执行了5次，耗时6.946秒，每次平均1.389s，数据显示出来的问题是：Full GC耗时较长，分析该系统的是指发现，NewRatio=9，也就是说，新生代和老生代大小之比为1:9，这就是问题的原因：
1，新生代太小，导致对象提前进入老年代，触发老年代发生Full GC；
2，老年代较大，进行Full GC时耗时较大；
优化的方法是调整NewRatio的值，调整到4，发现Full GC没有再发生，只有Young GC在执行。这就是把对象控制在新生代就清理掉，没有进入老年代（这种做法对一些应用是很有用的，但并不是对所有应用都要这么做）

实例3：
一应用在性能测试过程中，发现内存占用率很高，Full GC频繁，使用sudo -u admin -H  jmap -dump:format=b,file=文件名.hprof pid 来dump内存，生成dump文件，并使用Eclipse下的mat差距进行分析，发现：


从图中可以看出，这个线程存在问题，队列LinkedBlockingQueue所引用的大量对象并未释放，导致整个线程占用内存高达378m，此时通知开发人员进行代码优化，将相关对象释放掉即可。

说明

     本文是Java系列笔记的第4篇，这篇文章写了近3个月，一方面是这部分对我来说也是学习阶段，另一方面是这段时间一直在做项目，直到最近才比较有时间。
     本人能力有限，如果有错漏，请留言指正。

参考资料

《深入理解Java虚拟机：JVM高级特效与最佳实现》
JVM启动参数大全, http://www.blogjava.net/midstr/archive/2008/09/21/230265.html
JVM系列三:JVM参数设置、分析, http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037057.html
Java 6 JVM参数选项大全（中文版）, http://kenwublog.com/docs/java6-jvm-options-chinese-edition.htm
成为JavaGC专家Part II — 如何监控Java垃圾回收机制, http://www.importnew.com/2057.html
成为Java GC专家系列(3) — 如何优化Java垃圾回收机制, http://www.importnew.com/3146.html
JDK5.0垃圾收集优化之--Don't Pause, http://calvin.iteye.com/blog/91905
Java HOTSPOT VM参数大全, http://tech.sina.com.cn/s/2009-09-23/09561077572.shtml
【原】GC的默认方式, http://iamzhongyong.iteye.com/blog/1447314
JAVA启动参数大全之三：非Stable参数, http://blog.csdn.net/sfdev/article/details/2063928
Java虚拟机学习 - 内存调优, http://blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8090940
内存溢出, http://www.open-open.com/home/space.php?uid=71669&do=blog&id=8891
如何查看JVM的扩展参数：-X, http://www.blogjava.net/beansoft/archive/2012/03/01/371088.html
JVM内存状况查看方法和分析工具, http://hi.baidu.com/kingfly666666/item/e710a4371c60b0f1e7bb7a32
虚拟机学习系列 - 附 - 虚拟机参数, http://blog.csdn.net/su1216/article/details/7780924
 JVM系列四:生产环境参数实例及分析【生产环境实例增加中】, http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/05/2038331.html
垃圾收集器与内存分配策略, http://raging-sweet.iteye.com/blog/1170198
JVM垃圾收集器使用调查：CMS最受欢迎 , http://blog.csdn.net/wisgood/article/details/17067203
Xms Xmx PermSize MaxPermSize 区别, http://www.cnblogs.com/mingforyou/archive/2012/03/03/2378143.html
Java虚拟机学习 - JDK可视化监控工具, http://blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8049707
虚拟机学习系列 - 6 - JDK工具, http://blog.csdn.net/su1216/article/details/7780857
JVM监控工具介绍jstack, jconsole, jinfo, jmap, jdb, jstat, http://hi.baidu.com/lotusxyhf/item/9cd8fcb8d6f8c1a5ebba935b
JVM 与 jstat, http://blog.sina.com.cn/s/blog_56fcfd620100hdcp.html


posted @ 2013-12-31 18:18  Daniel·广  阅读(35097)  评论(19)  编辑  收藏  举报