JVM之性能调优

1.什么是JVM？

• Java虚拟机

• 栈：线程私有，存放着每个方法的局部变量，执行Java方法

• 堆：被所有线程共享的一块内存区域，存放着对象

• 方法区（元空间）：存放着静态变量、常量、类元信息（加载的类信息）

• 程序计数器：线程私有，当前线程所执行的Java字节码的行号指示器

• 本地方法栈：执行Native方法（通过JNI直接调用本地C/C++库）

• 类的加载机制：将.class字节码文件加载到内存中，并将这些静态数据转化成方法区中可运行的数据结构（加载、校验、准备、解析、初始化、使用、卸载）

• 运行代码

  public class Math {
      public int compute() {
          int a = 1;
          int b = 2;
          int c = (a + b) * 10;
          return c;
      }
  
      public static void main(String[] args) {
          Math math = new Math();
          math.compute();
          System.out.println("test");
      }
  }
  

• 字节码反汇编

  Compiled from "Math.java"
  public class test.Math {
    public test.Math();
      Code:
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
  
    public int compute();
      Code:
         0: iconst_1
         1: istore_1
         2: iconst_2
         3: istore_2
         4: iload_1
         5: iload_2
         6: iadd
         7: bipush        10
         9: imul
        10: istore_3
        11: iload_3
        12: ireturn
  
    public static void main(java.lang.String[]);
      Code:
         0: new           #2                  // class test/Math
         3: dup
         4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
         7: astore_1
         8: aload_1
         9: invokevirtual #4                  // Method compute:()I
        12: pop
        13: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        16: ldc           #6                  // String test
        18: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        21: return
  }
  

• GC Root对象

  Java虚拟机栈（局部变量表）中的引用的对象
  方法区中静态引用指向的对象
  仍处于存活中的线程对象
  Native方法中JNI引用的对象

• 可达性分析算法

• GC（Garbage Collection）算法

2.为什么要JVM调优？

• 前提：已无代码再优化问题

  为了提升系统性能，JVM调优并不是我们的首选方案，因为“优化代码”所需要的成本更低，JVM层面的调优不光是对服务器性能有要求，不同的项目也需要制定相应的调优方案。

  • 设计高性能算法、使用相匹配的设计模式
  • 合理运用Java四大引用

  引用	GC回收时机	使用示例
  强引用	如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它	Object obj = new Object();
  软引用	在内存实在不足时（即将发生OOM），会对软引用进行回收	SoftReference softObj = new SoftReference();
  弱引用	第一次GC回收时，如果垃圾回收器遍历到此弱引用，则将其回收	WeakReference weakObj = new WeakReference();
  虚引用	一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来获取一个对象的实例	不会使用

• 原因：减少Stop the World事件发生

  顾名思义“系统卡顿”，这种现象让用户体验变差，但它的出现也是为了保证系统JVM能按照一定机制正常运行。

• JVM调优的目的：减少GC的频率和Full GC的次数（减少Stop the World事件）

3.怎样做JVM调优？

• 参数说明

  命令参数	功能描述
  -verbose:gc	显示GC的操作内容
  -Xms20M	初始化堆大小为20M（如果不指定默认为物理内存的1/64）
  -Xmx20M	设置堆的最大分配内存20M
  -Xmn10M	设置新生代的内存大小为10M
  -XX:+PrintGCDetails	打印GC的详细log日志
  -XX:SurvivorRatio=8	新生代中Eden区域与Survivor区域的大小比值为8:1:1
  -XX:PretenureSizeThreshold	设置从Eden直接升入老年代的对象大小

  • 一般情况下-Xms和-Xmx所设置的大小都是一样的，因为这样能够防止避免在GC后调整堆大小带来的压力。
  • -Xms 、-Xmx 、-Xmn 后接设置的内存大小，默认单位为Byte，也可以手动设置成M或者是K，表示MB或KB

• GC log分析（IDEA）

  • 设置VM options

    (-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8)

• 运行代码

  public class MinorGCTest {
      public static final int _1MB = 1024 * 1024;
      //1KB = 1024B(字节)
      //1MB = 1024KB
      public static void testAllocation() {
          byte[] a1, a2, a3, a4;
          a1 = new byte[2 * _1MB];
          a2 = new byte[2 * _1MB];
          a3 = new byte[2 * _1MB];
          a4 = new byte[2 * _1MB];
      }
  
      public static void main(String[] args) {
          testAllocation();
      }
      
  }
  

• 运行你的程序得到GC log

  [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 8160K->824K(9216K)] 8160K->6976K(19456K), 0.0028212 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
  [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 824K->0K(9216K)] [ParOldGen: 6152K->6802K(10240K)] 6976K->6802K(19456K), [Metaspace: 3157K->3157K(1056768K)], 0.0034982 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
  Heap
   PSYoungGen      total 9216K, used 2130K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
    eden space 8192K, 26% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff814930,0x00000000ffe00000)
    from space 1024K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x00000000fff00000)
    to   space 1024K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x0000000100000000)
   ParOldGen       total 10240K, used 6802K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
    object space 10240K, 66% used [0x00000000fec00000,0x00000000ff2a4998,0x00000000ff600000)
   Metaspace       used 3164K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
    class space    used 345K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
  

• 打包成jar包输入带参数进行运行程序（类中没有一个对象的创建）

> 但问题来了，为什么没有类的创建为什么Eden区的使用率不是0，而是16%

• 利用Java VisualVMJVM性能分析工具，查看堆中年轻代和老年代的变化

  打开dos窗口，输入jvisualvm、jconsole命令，即可打开Java VisualVm工具

  能够自动检测到当前电脑正在运行的Java程序,Visual GC窗口需要更新Java VisualVM插件中心URL，再进行下载。

• 运行代码

  public class HeapTest {
      byte[] a = new byte[1024 * 100];
  
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          ArrayList<HeapTest> heapTests = new ArrayList<>();
          while (true) {
              heapTests.add(new HeapTest());
              Thread.sleep(10);
          }
      }
  }
  

• 对于不同场景选择合适的垃圾收集器