jvm优化参数详解及实战

在前面几篇文章已经记录了一些,java相关的原理方面的东西。这篇文章主要是,涉及到java的一些常用参数。当然,使用的可能就只有一部分。但是多了解一些总归是好的。
Java虚拟机的三种参数类型:

1.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;
2.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;
3.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);

reference (http://www.cnblogs.com/wenfeng762/archive/2011/08/14/2137810.html)
标准参数
-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。
-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;

对于非Stable参数,使用方法有4种:
堆内存相关参数
-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,如果大于改值,直接进入老年代。
-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
辅助监控等相关参数:
-XX:-CITime 打印消耗在JIT编译的时间
-XX:ErrorFile=./hs_err_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 .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=";" 出现致命ERROR之后运行自定义命令
-XX:OnOutOfMemoryError=";" 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
垃圾回收统计相关参数。主要有以下一些:
-XX:+PrintGC
输出形式:[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs]
[Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
-XX:+PrintGCDetails
输出形式:[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGC:PrintGCTimeStamps可与上面两个混合使用
输出形式:11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime: 打印每次垃圾回收前,程序未中断的执行时间。可与上面混合使用
输出形式:Application time: 0.5291524 seconds
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime :打印垃圾回收期间程序暂停的时间。可与上面混合使用
输出形式:Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds
-XX:PrintHeapAtGC :打印GC前后的详细堆栈信息
跟踪类相关参数
-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
垃圾收集器类型及其相关参数:
Serial收集器(串行收集器)
-XX:UseSerialGC。不太常用。
ParNew和ParOld收集器(并发收集器)
Serial的多线程版本收集器。
Parallel Scavenge(吞吐量优先垃圾收集器)
并行收集器
不同于多线程收集器ParNew,关注吞吐量的收集器。
-XX:MaxGCPauseMillis=10,设置垃圾收集停顿的最大毫秒数。
-XX:GCTimeRatio=49,垃圾收集器占比,默认是99。
-XX:+UseAdaptiveSeizPolicy,GC自适应调节策略。
-XX:+UseParallelGC,虚拟机Server模式默认值,使用Parallel Scavenge + Serial Old进行内存回收。
-XX:+UseParallelOldGC, 使用Parallel Scavenge + Parallel Old 进行内存回收。
CMS
CMS作为老年代收集器,不能与Parallel Scavenge并存。可能会有内存碎片问题。
-XX:+UserConcMarkSweepGC,新生代默认用ParNew收集。也可以用-XX:+UserParNewGC强制指定新生代用ParNew收集
-XX:ParallelGCThreads=4,设置垃圾收集线程数。默认是(CPU数量+3)/4。垃圾收集线程数不少于25%,当CPU数量小于4的时候影响大。
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80,老年代垃圾占比达到这个阈值开始CMS收集,1.6默认是92。设置过高容易导致并发收集失败,会出现SerialOld收集的情况。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection,在FULL GC的时候, 对年老代的压缩增加这个参数是个好习惯。可能会影响性能,但是可以消除碎片。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=1,多少次后进行内存压缩。
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled, 为了减少第二次暂停的时间,开启并行remark,降低标记停顿
G1(Garbage First)
-XX:+UseG1GC,谨慎使用,需要经过线上测试,还没有被设置为默认垃圾收集器。
之前的垃圾收集器收集的范围是新生代或者老年代,而G1垃圾收集器收集的范围包括新生代和老年代整个堆。G1将Java堆划为多个大小相同的独立区域(Region),垃圾收集单位是Region。G1垃圾收集适合至少大于4G内存得系统。并且不会产生内存空间碎片。
常用的调试参数,主要用于监控和打印GC的信息:
调优参数使用概述:

-Xmx 与 -Xms 相同以避免JVM反复重新申请内存。-Xmx 的大小约等于系统内存大小的一半,即充分利用系统资源,又给予系统安全运行的空间。
-Xmn1256m 设置年轻代大小为1256MB。此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置年轻代大小为整个堆的3/8。
-Xss128k 设置较小的线程栈以支持创建更多的线程,支持海量访问,并提升系统性能。
-XX:SurvivorRatio=6 设置年轻代中Eden区与Survivor区的比值。系统默认是8,根据经验设置为6,则2个Survivor区与1个Eden区的比值为2:6,一个Survivor区占整个年轻代的1/8。
-XX:ParallelGCThreads=8 配置并行收集器的线程数,即同时8个线程一起进行垃圾回收。此值一般配置为与CPU数目相等。
-XX:MaxTenuringThreshold=0 设置垃圾最大年龄(在年轻代的存活次数)。如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区直接进入年老代。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,这样可以增加对象再年轻代的存活时间,增加在年轻代即被回收的概率。根据被海量访问的动态Web应用之特点,其内存要么被缓存起来以减少直接访问DB,要么被快速回收以支持高并发海量请求,因此其内存对象在年轻代存活多次意义不大,可以直接进入年老代,根据实际应用效果,在这里设置此值为0。
-XX:+UseConcMarkSweepGC 设置年老代为并发收集。CMS(ConcMarkSweepGC)收集的目标是尽量减少应用的暂停时间,减少Full GC发生的几率,利用和应用程序线程并发的垃圾回收线程来标记清除年老代内存,适用于应用中存在比较多的长生命周期对象的情况。

内部集成构建服务器案例
高性能数据处理的工具应用
服务器配置:1 CPU, 4G MEM, JDK 1.6.X
参数方案:
-server -XX:PermSize=196m -XX:MaxPermSize=196m -Xmn320m -Xms768m -Xmx1024m
参数说明:

-XX:PermSize=196m -XX:MaxPermSize=196m 根据集成构建的特点,大规模的系统编译可能需要加载大量的Java类到内存中,所以预先分配好大量的持久代内存是高效和必要的。
-Xmn320m 遵循年轻代大小为整个堆的3/8原则。
-Xms768m -Xmx1024m 根据系统大致能够承受的堆内存大小设置即可。
在64位服务器上运行应用程序,构建执行时,用 jmap -heap 11540 命令观察JVM堆内存状况如下:
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:
-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;
-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;
-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; -Xss一般是不需要改的,默认值即可。 -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。 -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。 -XX:PretenureSizeThreshold一般采用默认值即可。

实战2:
调优前

-Dfile.encoding=UTF-8 -J-server -Xms8000M -Xmx8000M -Xmn5000M -J-Xss256K -J-XX:ThreadStackSize=256 -J-XX:StackShadowPages=8 -J-verbosegc -J-XX:+PrintGCDetails -J-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:PermSize=128m -XX:MaxPermSize=128m -XX:+UseParallelGC

调优后

-Dfile.encoding=UTF-8 -J-server -Xms10000M -Xmx10000M -Xmn5000M -XX:MaxTenuringThreshold=1 -XX:SurvivorRatio=30 -XX:TargetSurvivorRatio=50 -Xnoclassgc -Xss256K -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=256m -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:ParallelGCThreads=24 -XX:ConcGCThreads=24 -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+CMSScavengeBeforeRemark -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent -XX:+UseTLAB -XX:TLABSize=64K

经验分享
在开始前,我们需要一些数据,因为jvm调优没有一个标准的答案,根据实际应用不同而不同,但也不是完全没有章法可言,从一个实际的应用,我们也可以找出一些规律来,找出一些比较公用的,比如下面三条:
1、应用平均和最大暂停时间(stop the world)
2、吞吐量,真正运行时间/(GC时间+真正运行时间),而相对的GC开销为:GC时间/(GC时间+真正运行时间);
3、URL的请求响应时间
reference http://cantellow.iteye.com/blog/1472072

最后,要感谢Daniel.广、cantellow等大神们的知识分享,在此附上以上参考文章。
http://www.cnblogs.com/zhguang/
http://cantellow.iteye.com/blog/1472072

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