JVM和GC调优

曾多次接触Java的GC参数调优和日志分析，零散的记录在各处，时间一长也忘的差不多了，汇总于此。

Hotspot JVM

这里的JVM特指Oracle的 Hotspot JVM.
由 class loader, the runtime data areas（含heap）, 和execution engine（含GC和JIT）三部分组成。
Heap主要用于对象数据的存放。

性能优化主要涉及heap大小和适合的GC算法的调优。
优化着重于两个目标：

响应能力：长时间的停顿不可接受
吞吐率：较长一段时间的处理量，快速响应不是必须的。

注：Java程序实际占用内存大于Xmx

RSS(Resident Set Size) = Heap size + MetaSpace + OffHeap size

OffHeap = thread stacks + direct buffers + mapped files (libraries and jars) + JVM code itself

查看当前JVM设置

Spring Boot应用默认使用系统JVM内存设置。

# 当前环境的常用默认值
java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep -iE 'HeapSize|PermSize|ThreadStackSize'

查看运行JVM进程

# 使用jps查看进程id
jps -v

# 使用jmap
jmap -heap <pid>

常用设置

# 查看常用命令参数
java -X

# 设置最大heap size
java -Xmx4G

Spring Boot2 设置

java -Xmx4g -jar my-springboot-app.jar

    <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            <configuration>
                <jvmArguments>-Xmx4G</jvmArguments>
            </configuration>
    </plugin>

GC主要算法

Serial

-XX:+UseSerialGC

Parallel

JDK8默认值。
-XX:+UseParallelGC
-XX:+UseParallelOldGC

CMS

新生代使用Parallel New + 老年代使用CMS（Concurrent Mark-Sweep Collector）。

-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

前三种算法的Heap堆结构：

Young Generation = Eden + Survivor Space(S0+S1)
Old Generation == Tenured
Permanent Generation == Permanent

G1

代表Garbage First，适用于多核和超大内存的情况，需要JDK7u4+。
是CMS的替代方案，被划分为相同大小的区域，由eden,survivor和old三部分组成。
使用场景：Heap 6G+ 或要求停顿时间小于0.5s

-XX:+UseG1GC
其他参数：

-XX:MaxGCPauseMillis=200 （默认200ms）
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 （默认45%，开始并发GC Cycle）
-XX:G1ReservePercent=10（默认10%，提高以避免 to-space overflow错误）

通常2000个区域，每个区域1~32Mb。

注：不要设置新生代大小（-Xmn）

调优

建议：老年代占用率至少大于新生代活跃数据的1.5倍，新生代空间大小至少为堆大小的10%.

主要触发事件：

新生代用完会触发Minor GC，时间通常很快；
老年代（tenure+perm）用完会触发Full GC,时间通常较长。
原始是更频繁的Minor GC和更少的Full GC。

Heap Size = Young Gen + Old Gen + Meta space

主要参数

-Xms Heap初始大小
-Xmx Heap最大值
-Xmn 新生代Heap大小（推荐不设置，使用则该值不能太大）

XMX和XMS设置一样大,减轻伸缩堆带来的压力　　 JVM占用内存会超过Xmx大致1/3, 因此Xmx的值不应超过总内存的60%~70%.　　 -X 是设置JVM参数的新命令，不带-X 的是为了兼容之前版本.

打印默认参数
java -XX:+PrintFlagsFinal -version

Thread Stack Size

Java 8 64bit 默认1024k. 每个线程启动时JVM为该线程创建一个新的Java Stack,在discrete frames存放线程状态,执行两类操作push和pop frames.
使用递归算法或使用第三方框架会增加该大小．

如果应用创建很多线程，在申请更多线程栈内存会报StackOverFlowError错误.
可以用设置最大线程栈内存: -Xss256k 或　-XX:ThreadStackSize=256
也可以压缩操作符和类指针:
-XX:+UseCompressedClassPointers
-XX:+UseCompressedOops

原则:

一般没必要设置该值，除非64bit　JVM的物理内存较小产生OutOfMemory错误
设置为较小的值可以有更大的Heap size
一般来说，64bit　JVM使用256k足够用

OOM问题

如果JVM Crash, 通常会生成类似于hs_err_pidNNN.log的文件.
或者查看/var/log/messages崩溃时段的响应日志
或使用命令dmesg | grep java查看
查看Tomcat进程: ps -ef | grep tomcat

针对Tomcat

# 检索gc日志
grep 'java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded' catalina.2016-10-25.log

# 记录heap dump，setenv.sh
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/usr/local/tomcat/logs/

GC日志

参数设置

一些gc日志参数，经常使用的:
-verbosegc
-Xloggc:/var/log/gc.log

设置更详细日志
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails

显示时间
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCDateStamps

日志分析

Allocation Failure：运行GC（一般是新生代回收即minor GC）的原因，意味着新生代已没有空间.

一共存在8种OutOfMemoryErrors , GC日志可以记录5种:

Java heap space
GC overhead limit exceeded
Requested array size exceeded VM limit
Permgen space
Metaspace

名称术语

栈内存/Stack : Java中存放函数主体和变量名 (栈: 后进先出)
堆内存/Heap: Java中存放实例 (GC操作)
JRE: Java Runtime Environment
JDK: Java Development Kit
JVM： Java Virtual Machine
GC: Garbage Collection
JMX: Java Management Extentions
JPA: Java Persistence API

工具

GC日志分析

jstat: 命令行工具
Visual GC
GCViewer
在线gc日志分析

Heap Dump分析

JHAT

jhat heap-dump.hprof

Eclipse Memory Analyzer (MAT)
IBM HeapAnalyzer:貌似已停更

获取heap dump

jmap -dump : 运行时获得(会停止java进程)
JConsole使用 HotSpotDiagnosticMXBean
使用JVM参数 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
使用hprof命令: java -agentlib:hprof=help

参考资源

官方文档：

其他：