JVM的調優詳情 - jvm,調優,jar,老年代,Html,CSS,前端開發 mob64ca140c75c7 博客

一、JVM 調優核心思想

在深入具體方案之前，必須明確兩個核心思想：

調優的目的通常是為了解決以下問題：

GC 停頓時間過長：應用出現卡頓。
吞吐量下降：單位時間內處理的請求變少。
內存溢出：發生 OutOfMemoryError。
CPU 負載過高：頻繁的 GC 或線程競爭導致 CPU 資源緊張。

一切依賴於數據和場景：調優必須基於監控數據（GC 日誌、堆快照、性能分析工具），並根據應用類型（Web 服務、大數據計算、交易系統）來制定策略。

二、常用 JVM 調優參數

通常將參數分為堆內存、垃圾收集器、GC 日誌、其他性能相關幾大類。

2.1 基礎堆內存參數

# 設置初始堆大小
-Xms512m

# 設置最大堆大小  
-Xmx2048m

# 設置年輕代大小
-Xmn512m

# 設置元空間大小（Java 8+）
-XX:MetaspaceSize=128m
-XX:MaxMetaspaceSize=256m

# 設置永久代大小（Java 7及之前）
-XX:PermSize=128m
-XX:MaxPermSize=256m

-Xms 和 -Xmx

説明：設置堆的初始大小和最大大小。通常將它們設為相同的值，以避免在運行時動態調整堆大小帶來的性能波動。
示例：-Xms4g -Xmx4g （設置堆大小為 4GB）

-Xmn

説明：設置年輕代的大小。整個堆 = 年輕代 + 老年代。增大年輕代會減小老年代。這個參數對 GC 性能影響很大。
示例：-Xmn2g （在 4G 堆中，年輕代佔 2G，老年代佔 2G）。通常設置為整個堆大小的 1/3 到 1/2。

-XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize

説明：設置元空間的初始大小和最大大小。在 Java 8 中，永久代被移除，由元空間取代。如果動態生成類較多（如 Spring 的 CGLib），需要限制其大小以防吃光所有內存。
示例：-XX:MetaspaceSize=256m -XX:MaxMetaspaceSize=256m

-Xss

説明：設置每個線程棧的大小。如果系統有大量線程，過大的棧大小會佔用過多內存。過小則可能引起 StackOverflowError。
示例：-Xss256k （對於大多數 Web 應用，256k 足夠）

2.2 堆內存比例參數

# 新生代與老年代比例（默認約1:2）
-XX:NewRatio=2

# 設置年輕代中 Eden 和 Survivor 的比例
-XX:SurvivorRatio=8        # Eden:S0:S1 = 8:1:1

# 設置晉升老年代的年齡閾值
-XX:MaxTenuringThreshold=15

# 設置大對象直接進入老年代的閾值
-XX:PretenureSizeThreshold=1m

# 設置TLAB（線程本地分配緩衝區）大小
-XX:TLABSize=64k

2.3 垃圾收集器相關

選擇並優化合適的垃圾收集器是調優的核心。

並行收集器（吞吐量優先）

參數：-XX:+UseParallelGC / -XX:+UseParallelOldGC
説明：JDK 8 的默認收集器，關注高吞吐量。適合後台運算、大數據處理等不需要低延遲的場景。
示例：

# 使用Parallel GC
-XX:+UseParallelGC

# 設置並行GC線程數
-XX:ParallelGCThreads=4

# 設置最大GC暫停時間目標
-XX:MaxGCPauseMillis=100

# 設置吞吐量目標（GC時間與總時間比例）
-XX:GCTimeRatio=99

CMS 收集器（低延遲）

參數：-XX:+UseConcMarkSweepGC
説明：以獲取最短停頓時間為目標，適用於 Web 服務、B/S 系統。在 JDK 14 中被移除。
示例：

# 使用CMS老年代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC

# 使用ParNew新生代收集器
-XX:+UseParNewGC

# CMS後台線程數
-XX:ConcGCThreads=2

# CMS觸發百分比
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75

# 開啓CMS壓縮
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

# CMS FullGC前進行壓縮
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0

G1 收集器（推薦）

參數：-XX:+UseG1GC
説明：JDK 9 及以後的默認收集器，面向服務端、大內存、低延遲應用。它將堆劃分為多個 Region，並優先回收垃圾最多的 Region。
示例：

# 使用G1垃圾收集器
-XX:+UseG1GC

# 設置最大GC暫停時間目標
-XX:MaxGCPauseMillis=200

# 設置區域大小
-XX:G1HeapRegionSize=16m

# 設置併發GC線程數
-XX:ConcGCThreads=4

# 設置混合GC週期收集中最大舊區域數量
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=10

ZGC 收集器（極致低延遲）

參數：-XX:+UseZGC
説明：新一代的低延遲垃圾收集器，目標是將停頓時間控制在 10ms 以下。適用於對延遲極其敏感的應用（如金融交易系統）。
示例：

# 啓用 ZGC
-XX:+UseZGC

# 調優參數
-XX:ZAllocationSpikeTolerance=2.0  # 分配峯值容忍度
-XX:ZCollectionInterval=300        # 強制GC間隔(秒)
-XX:ZFragmentationLimit=10         # 碎片化限制
-XX:ZProactive=true                # 啓用主動GC

# 內存映射調優
-XX:ZUncommitDelay=300             # 內存未使用回收延遲(秒)

2.3 GC 日誌相關

沒有日誌，調優就是盲人摸象。必須開啓詳細的 GC 日誌。

詳細 GC 日誌（JDK 8 及之前）

# 開啓GC日誌
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCDateStamps

# 輸出GC日誌到文件
-Xloggc:/path/to/gc.log

# 開啓GC日誌輪轉
-XX:+UseGCLogFileRotation
-XX:NumberOfGCLogFiles=5
-XX:GCLogFileSize=10M

統一日誌框架（JDK 9+ 推薦）

# 詳細 GC 日誌
-Xlog:gc*=debug:file=/app/logs/gc-%t.log:time,uptime,level,tags:filecount=10,filesize=100M

# 選擇性日誌（生產環境推薦）
-Xlog:gc=info:file=/app/logs/gc.log:time,uptimemillis,level,tags
-Xlog:gc+heap=debug
-Xlog:gc+ergo*=trace
-Xlog:gc+age*=debug

高級監控參數

# 打印命令行參數
-XX:+PrintCommandLineFlags

# 打印GC應用停頓時間
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime

# 打印GC前後堆信息
-XX:+PrintHeapAtGC

# 開啓類加載日誌
-XX:+TraceClassLoading
-XX:+TraceClassUnloading

# 在發生 OOM 時自動生成堆轉儲文件，用於事後分析
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/path/to/heapdump.hprof

2.4 JIT 編譯與性能優化

# 分層編譯（JDK 8 默認）
-XX:+TieredCompilation

# 編譯閾值調優
-XX:Tier0InvokeNotifyFreqLog=7
-XX:Tier2BackEdgeThreshold=100000
-XX:Tier3InvocationThreshold=2000
-XX:Tier3MinInvocationThreshold=100

# 代碼緩存大小
-XX:ReservedCodeCacheSize=512m
-XX:InitialCodeCacheSize=64m

# 方法內聯優化
-XX:MaxInlineSize=325
-XX:FreqInlineSize=325
-XX:InlineSmallCode=1000

三、不同場景的配置模板

3.1 開發環境配置

java -Xms512m -Xmx1g \
     -Xmn256m \
     -XX:MetaspaceSize=128m \
     -XX:MaxMetaspaceSize=256m \
     -XX:+UseG1GC \
     -XX:MaxGCPauseMillis=200 \
     -XX:+PrintGC \
     -XX:+PrintGCDateStamps \
     -Xloggc:./logs/gc.log \
     -jar app.jar

3.2 測試環境配置

java -Xms2g -Xmx4g \
     -Xmn1g \
     -XX:MetaspaceSize=256m \
     -XX:MaxMetaspaceSize=512m \
     -XX:+UseG1GC \
     -XX:MaxGCPauseMillis=150 \
     -XX:ParallelGCThreads=4 \
     -XX:ConcGCThreads=2 \
     -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError \
     -XX:HeapDumpPath=./dumps/ \
     -XX:+PrintGCDetails \
     -XX:+PrintGCDateStamps \
     -Xloggc:./logs/gc.log \
     -jar app.jar

3.3 生產環境配置

java -Xms4g -Xmx8g \
     -Xmn2g \
     -XX:MetaspaceSize=512m \
     -XX:MaxMetaspaceSize=1g \
     -XX:+UseG1GC \
     -XX:MaxGCPauseMillis=100 \
     -XX:ParallelGCThreads=8 \
     -XX:ConcGCThreads=4 \
     -XX:G1ReservePercent=15 \
     -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=35 \
     -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError \
     -XX:HeapDumpPath=/data/dumps/ \
     -XX:+PrintGCDetails \
     -XX:+PrintGCDateStamps \
     -XX:+UseGCLogFileRotation \
     -XX:NumberOfGCLogFiles=10 \
     -XX:GCLogFileSize=10M \
     -Xloggc:/data/logs/gc.log \
     -jar app.jar

3.4 Docker容器配置

FROM openjdk:8-jre

# 設置JVM參數
ENV JAVA_OPTS="-Xms1g -Xmx2g -XX:+UseG1GC"

# 使用容器感知的JVM
ENV JAVA_TOOL_OPTIONS="-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap"

CMD java $JAVA_OPTS -jar app.jar

四、實戰調優示例

4.1 電商交易系統調優案例

場景特點：

高併發、低延遲要求
內存使用模式：中等對象分配率，長生命週期對象較多
峯值 QPS：10,000+
服務器配置：16核32G

調優方案：

#!/bin/bash
java -server \
  # 堆內存設置
  -Xms16g -Xmx16g \
  -Xmn8g \
  -XX:SurvivorRatio=8 \
  -XX:MaxTenuringThreshold=10 \
  
  # G1 收集器調優
  -XX:+UseG1GC \
  -XX:MaxGCPauseMillis=100 \
  -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=40 \
  -XX:G1HeapRegionSize=16m \
  -XX:G1ReservePercent=15 \
  -XX:G1MixedGCCountTarget=16 \
  
  # 元空間與棧
  -XX:MetaspaceSize=512m \
  -XX:MaxMetaspaceSize=512m \
  -Xss512k \
  
  # 性能優化
  -XX:+TieredCompilation \
  -XX:ReservedCodeCacheSize=512m \
  -XX:+UseStringDeduplication \
  
  # 監控與診斷
  -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError \
  -XX:HeapDumpPath=/app/logs/heapdump.hprof \
  -Xlog:gc=info:file=/app/logs/gc.log:time,uptime,level,tags:filecount=10,filesize=100M \
  -XX:ErrorFile=/app/logs/hs_err_pid%p.log \
  
  # 應用JAR
  -jar ecommerce-app.jar

4.2 大數據處理應用調優

場景特點：

高吞吐量要求，延遲不敏感
大內存使用，頻繁創建臨時對象
批量數據處理

調優方案：

#!/bin/bash
java -server \
  # 大堆內存設置
  -Xms32g -Xmx32g \
  -Xmn24g \
  -XX:SurvivorRatio=6 \
  
  # 並行收集器（吞吐量優先）
  -XX:+UseParallelGC \
  -XX:+UseParallelOldGC \
  -XX:ParallelGCThreads=16 \
  -XX:GCTimeRatio=99 \
  -XX:MaxGCPauseMillis=500 \
  
  # 大對象處理
  -XX:PretenureSizeThreshold=2m \
  -XX:+AlwaysPreTouch \
  
  # 性能優化
  -XX:+UseLargePages \
  -XX:LargePageSizeInBytes=2m \
  -XX:+UseCompressedOops \
  -XX:+UseCompressedClassPointers \
  
  # 監控配置
  -Xlog:gc*=info:file=/app/logs/gc.log:time,uptime,level,tags \
  -XX:NativeMemoryTracking=detail \
  
  -jar data-processing-app.jar

五、監控與診斷工具實戰

5.1 命令行工具使用示例

# 1. 實時監控 GC 情況
jstat -gc <pid> 1s

# 2. 查看堆內存摘要
jmap -heap <pid>

# 3. 生成堆轉儲
jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof <pid>

# 4. 查看類加載統計
jstat -class <pid> 1s

# 5. 線程分析
jstack <pid> > thread_dump.txt

# 6. 原生內存跟蹤
jcmd <pid> VM.native_memory summary

# 7. 全面的診斷信息
jcmd <pid> PerfCounter.print

5.2 自動化監控腳本

#!/bin/bash
# monitor_jvm.sh

PID=$1
LOG_DIR="/app/monitor"
INTERVAL=30

while true; do
    TIMESTAMP=$(date +%Y%m%d_%H%M%S)
    
    # GC 統計
    jstat -gc $PID > $LOG_DIR/gc_$TIMESTAMP.log 2>&1
    
    # 線程轉儲（每5分鐘一次）
    if [ $(($(date +%s) % 300)) -eq 0 ]; then
        jstack $PID > $LOG_DIR/thread_dump_$TIMESTAMP.log 2>&1
    fi
    
    # 內存使用
    ps -p $PID -o pid,ppid,pmem,pcpu,rsz,vsz,comm >> $LOG_DIR/memory_$TIMESTAMP.log 2>&1
    
    sleep $INTERVAL
done

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JVM的調優

一、JVM 調優核心思想

二、常用 JVM 調優參數

2.1 基礎堆內存參數

2.2 堆內存比例參數

2.3 垃圾收集器相關

2.3 GC 日誌相關

2.4 JIT 編譯與性能優化

三、不同場景的配置模板

3.1 開發環境配置

3.2 測試環境配置

3.3 生產環境配置

3.4 Docker容器配置

四、實戰調優示例

4.1 電商交易系統調優案例

4.2 大數據處理應用調優

五、監控與診斷工具實戰

5.1 命令行工具使用示例

5.2 自動化監控腳本

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2.1 基礎堆內存參數

2.2 堆內存比例參數

2.3 垃圾收集器相關

2.3 GC 日誌相關

2.4 JIT 編譯與性能優化

三、不同場景的配置模板

3.1 開發環境配置

3.2 測試環境配置

3.3 生產環境配置

3.4 Docker容器配置

四、實戰調優示例

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4.2 大數據處理應用調優

五、監控與診斷工具實戰

5.1 命令行工具使用示例

5.2 自動化監控腳本

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