JVM运行时参数

Mark_Zoe
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上篇介绍了JVM监控及诊断工具-GUI下篇，接下来介绍JVM运行时参数。

一、JVM参数选项类型

标准参数选项

特点

  1. 比较稳定，后续版本基本不会变化
  2. 以-开头

各种选项

运行java或者java -help可以看到所有的标准选项

-server与-client

HotSpot JVM有两种模式，分别是server和client，分别通过-server和-client模式设置

  1. 在32位Windows系统上，默认使用client类型的JVM。要想使用Server模式，则机器配置至少有2个以上的CPU和2G以上的物理内存。client模式适用于对内存要求较小的桌面应用程序，默认使用Serial串行垃圾收集器
  2. 64位机器上只支持server模式的JVM，适用于需要大内存的应用程序，默认使用并行垃圾回收器

关于server和client的官网介绍为：docs.oracle.com/javase/8/do…

-X参数选项

特点

  1. 非标准化参数
  2. 功能还是比较稳定的。但官方说后续版本可能会变更
  3. 以-X开头

各种选项

运行java -X命令可以看到所有的X选项

    java -X
    -Xmixed           混合模式执行 (默认)
    -Xint             仅解释模式执行
    -Xbootclasspath:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      设置搜索路径以引导类和资源
    -Xbootclasspath/a:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      附加在引导类路径末尾
    -Xbootclasspath/p:<用 : 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      置于引导类路径之前
    -Xdiag            显示附加诊断消息
    -Xnoclassgc       禁用类垃圾收集
    -Xincgc           启用增量垃圾收集
    -Xloggc:<file>    将 GC 状态记录在文件中 (带时间戳)
    -Xbatch           禁用后台编译
    -Xms<size>        设置初始 Java 堆大小
    -Xmx<size>        设置最大 Java 堆大小
    -Xss<size>        设置 Java 线程堆栈大小
    -Xprof            输出 cpu 配置文件数据
    -Xfuture          启用最严格的检查, 预期将来的默认值
    -Xrs              减少 Java/VM 对操作系统信号的使用 (请参阅文档)
    -Xcheck:jni       对 JNI 函数执行其他检查
    -Xshare:off       不尝试使用共享类数据
    -Xshare:auto      在可能的情况下使用共享类数据 (默认)
    -Xshare:on        要求使用共享类数据, 否则将失败。
    -XshowSettings    显示所有设置并继续
    -XshowSettings:all
                      显示所有设置并继续
    -XshowSettings:vm 显示所有与 vm 相关的设置并继续
    -XshowSettings:properties
                      显示所有属性设置并继续
    -XshowSettings:locale
                      显示所有与区域设置相关的设置并继续

-X 选项是非标准选项, 如有更改, 恕不另行通知。


以下选项为 Mac OS X 特定的选项:
    -XstartOnFirstThread
                      在第一个 (AppKit) 线程上运行 main() 方法
    -Xdock:name=<应用程序名称>"
                      覆盖停靠栏中显示的默认应用程序名称
    -Xdock:icon=<图标文件的路径>
                      覆盖停靠栏中显示的默认图标

JVM的JIT编译模式相关的选项

-Xint

禁用JIT，所有字节码都被解释执行，这个模式的速度最慢的

-Xcomp

所有字节码第一次使用就都被编译成本地代码，然后再执行

-Xmixed

混合模式，默认模式，让JIT根据程序运行的情况，有选择地将某些代码编译进行缓存起来

特别地

-Xmx -Xms -Xss属于 XX 参数？

-Xms

设置初始Java堆大小，等价于-XX:InitialHeapSize

-Xmx

设置最大Java堆大小，等价于-XX:MaxHeapSize

-Xss

设置Java线程堆栈大小，-XX:ThreadStackSize

-XX参数选项

特点

  1. 非标准化参数
  2. 使用的最多的参数类型
  3. 这类选项属于实验性，不稳定
  4. 以-XX开头

作用

用于开发和调试JVM

分类

Boolean类型格式

  1. -XX:+表示启用option属性
  2. -XX:-表示禁用option属性
  3. 举例
    • -XX:+UseParallelGC 选择垃圾收集器为并行收集器
    • -XX:+UseG1GC 表示启用G1收集器
    • -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例
  4. 说明：因为有的指令默认是开启的，所以可以使用-关闭

非Boolean类型格式（key-value类型）

  1. 子类型1：
数值型格式-XX:<option>=<number>
number表示数值，number可以带上单位，比如：'m'、'M'表示兆，'k'、'K'表示Kb，'g'、'G'表示g(例如32k跟32768是一样的效果)
例如：
-XX:NewSize=1024m 表示设置新生代初始大小为1024兆
-XX:MaxGCPauseMillis=500 表示设置GC停顿时间：500毫秒
-XX:GCTimeRatio=19 表示设置吞吐量
-XX:NewRatio=2 表示新生代与老年代的比例
  1. 子类型2：
非数值型格式-XX:<name>=<string>
例如：-XX:HeapDumpPath=/usr/local/heapdump.hprof 用来指定heap转存文件的存储路径。

特别地

-XX:+PrintFlagsFinal
  1. 输出所有参数的名称和默认值
  2. 默认不包括Diagnostic和Experimental的参数
  3. 可以配合-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions和-XX:UnlockExperimentalVMOptions使用

二、添加JVM参数选项

Eclipse

IDEA

运行jar包

java -Xms50m -Xmx50m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -jar demo.jar

通过Tomcat运行war包

  1. Linux系统下可以在tomcat/bin/catalina.sh中添加类似如下配置：JAVA_OPTS="-Xms512M -Xmx1024M"
  2. Windows系统下在catalina.bat中添加类似如下配置：set "JAVA_OPTS=-Xms512M -Xmx1024M"

程序运行过程中

使用jinfo -flag <name>=<value> <pid> 设置非Boolean类型参数
使用jinfo -flag [+|-]<name> <pid> 设置Boolean类型参数

三、常用的JVM参数选项

打印设置的XX选项及值

-XX:+PrintCommandLineFlags

可以让程序运行前打印出用户手动设置或者JVM自动设置的XX选项

-XX:+PrintFlagsInitial

表示打印出所有XX选项的默认值

-XX:+PrintFlagsFinal

表示打印出XX选项在运行程序时生效的值

-XX:+PrintVMOptions

打印JVM的参数

堆、栈、方法区等内存大小设置

栈

-Xss128k

  1. 设置每个线程的栈大小为128k
  2. 等价于 -XX:ThreadStackSize=128k

堆内存

-Xms3550m 等价于-XX:InitialHeapSize，设置JVM初始堆内存为3550M

-Xmx3550m 等价于-XX:MaxHeapSize，设置JVM最大堆内存为3550M

-Xmn2g

  1. 设置年轻代大小为2G
  2. 官方推荐配置为整个堆大小的3/8

-XX:NewSize=1024m 设置年轻代初始值为1024M

-XX:MaxNewSize=1024m 设置年轻代最大值为1024M

-XX:SurvivorRatio=8 设置年轻代中Eden区与Survivor区的比值，默认为8

-XX:UseAdaptiveSizePolicy 自动选择各区大小比例

-XX:NewRatio=2 设置老年代与年轻代（包括1个Eden和2个Survivor区）的比值

-XX:PretenureSizeThreadshold=1024

  1. 设置让大于此阈值的对象直接分配在老年代，单位为字节
  2. 只对Serial、ParNew收集器有效

-XX:MaxTenuringThreshold=15

  1. 默认值15
  2. 新生代每次MinorGC后，还存活的对象年龄+1，当对象的年龄大于设置的这个值时就进入老年代

-XX:+PrintTenuringDistribution 让JVM在每次MinorGC后打印出当前使用的Survivor中对象的年龄分布

-XX:TargetSurvivorRatio 表示MinorGC结束后Survivor区域中占用空间的期望比例

方法区

永久代

-XX:PermSize=256m 设置永久代初始值为256M

-XX:MaxPermSize=256m 设置永久代最大值为256M

元空间

-XX:MetaspaceSize 初始空间大小

-XX:MaxMetaspaceSize 最大空间，默认没有限制

-XX:+UseCompressedOops 压缩对象指针

-XX:+UseCompressedClassPointers 压缩类指针

-XX:CompressedClassSpaceSize 设置Klass Metaspace的大小，默认1G

直接内存

-XX:MaxDirectMemorySize 指定DirectMemory容量，若未指定，则默认与Java堆最大值一样

OutOfMemory相关的选项

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 表示在内存出现OOM的时候，把Heap转存（Dump）到文件以便后续分析

-XX:+HeapDumpBeforeFullGC 表示在出现FullGC之前，生成Heap转储文件

-XX:HeapDumpPath= 指定heap转存文件的存储路径

-XX:OnOutOfMemoryError 指定一个可行性程序或者脚本的路径，当发生OOM的时候，去执行这个脚本

垃圾收集器相关选项

7款经典收集器与垃圾分代之间的关系

image.png

垃圾收集器的组合关系

image.png jdk8默认使用 Parallel Scavenge GC + Parallel Old GC

小象当时使用的是 ParNewGC + CMS GC

jdk14之后，移除掉CMS GC

jdk9默认使用 G1 GC

实线代表还在相爱 虚线代表已经分手了

男女搭配 独身主义

jdk8时，两根红线就出现了 Serial GC 不能与 CMS GC 搭配了，ParNew GC 不能与 Serial Old GC 搭配了。被标识为过时了，但还能用。jdk9时就彻底干掉了。

绿色的线代表：jdk14时，Parallel Scavenge GC 不能与 Parallel Old GC 搭配了，弃用了，搭配 Parallel Old GC。

查看默认垃圾回收器

  1. -XX:+PrintCommandLineFlags:查看命令行相关参数（包含使用的垃圾收集器）
  2. 使用命令行指令：jinfo -flag 相关垃圾回收器参数 进程ID

Serial回收器

Serial收集器作为HotSpot中client模式下的默认新生代垃圾收集器。Serial Old是运行在client模式下默认的老年代的垃圾收集器。

-XX:+UseSerialGC 指定年轻代和老年代都使用串行收集器。等价于新生代用Serial GC，且老年代用Serial Old GC。可以获得最高的单线程收集效率。

ParNew回收器

-XX:+UseParNewGC 手动指定使用ParNew收集器执行内存回收任务。它表示年轻代使用并行收集器，不影响老年代。

-XX:+ParallelGCThreads=N 限制线程数量，默认开启和CPU相同的线程数。

Paraller回收器

  1. -XX:+UseParallelGC 手动指定年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务。
  2. -XX:+UseParallelOldGC 手动指定老年代都是使用并行回收收集器。
    • 分别适用于新生代和老年代。默认jdk8是开启的。
    • 上面两个参数，默认开启一个，另一个也会被开启。（互相激活）
  3. -XX:ParallelGCThreads 设置年轻代并行收集器的线程数。一般的，最好与CPU数量相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。
    • 在默认情况下，当CPU数量小于8个，ParallelGCThreads的值等于CPU数量。
    • 当CPU数量大于8个，ParallelGCThreads的值等于3+[5*CPU_Count/8]。
  4. -XX:MaxGCPauseMills 设置垃圾收集器最大停顿时间（即STW的时间）。单位是毫秒。
    • 为了尽可能地把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。
    • 对于用于来讲，停顿时间越短体验越好。但是在服务器端，我们注重高并发，整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel，进行控制。
    • 该参数使用需谨慎。
  5. -XX:GCTimeRatio 垃圾收集时间占总时间的比例(=1/N+1))。用于衡量吞吐量的大小。
    • 取值范围(0,100)。默认值99，也就是垃圾回收时间不超过1%
    • 与前一个-XX:MaxGCPauseMills参数有一定矛盾性。暂停时间越长，Radio参数就容易超过设定的比例。
  6. XX:+UseAdaptiveSizePolicy 设置Parallel Scavenge收集器具有自适应调节策略
    • 在这种模式下，年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。
    • 在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量（GCTimeRatio）和停顿时间（MaxGCPauseMills），让虚拟机自己完成调优工作。

CMS回收器

  1. -XX:+UseConcMarkSweepGC 手动指定使用CMS收集器执行内存回收任务。开启该参数后会自动将-XX:+UseParNewGC打开。即：ParNew(Young区用)+CMS(Old区用)+Serial Old的组合。
  2. -XX:CMSInitiatingOccupanyFraction 设置堆内存使用率的阈值，一旦达到该阈值，便开始进行回收。
    • JDK5及以前版本的默认值为68，即当老年代的空间使用率达到68%时，会执行一次CMS回收。JDK6及以上版本默认值为92%
    • 如果内存增长缓慢，则可以设置一个稍大的值，大的阈值可以有效降低CMS的触发频率，较少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。反之，如果应用程序内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器。因此通过该选项便可以有效降低Full GC的执行次数。
  3. -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 用于指定在执行完Full GC后对内存空间进行压缩整理，以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并行执行，所带来的的问题就是停顿时间变得更长了。
  4. -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设置在执行多少次Full GC后对内存空间进行压缩整理。
  5. -XX:ParallelCMSThreads 设置CMS的线程数量。CMS默认启动的线程数是(ParallelGCThreads+3)/4，ParallelGCThreads是年轻代并行收集器的线程数。当CPU资源比较紧张时，受到CMS收集器线程的影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会非常糟糕。

G1回收器

-XX:+UseG1GC 手动指定使用G1收集器执行内存回收任务。

-XX:G1HeapRegionSize 设置每个Region的大小。值是2的幂，范围是1MB到32MB之间，目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域。默认是堆内存的1/2000。

-XX:MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大GC停顿时间指标（JVM会尽力实现，但不保证达到）。默认值是200ms

-XX:ParallelGCThread 设置STW时GC线程数的值。最多设置为8

-XX:ConcGCThreads 设置并发标记的线程数。将n设置为并行垃圾回收线程数(ParallelGCThreads)的1/4左右。

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 设置触发并发GC周期的Java堆占用率阈值。超过此值，就触发GC。默认值是45。

-XX:G1NewSizePercent、-XX:G1MaxNewSizePercent 新生代占用整个堆内存的最小百分比（默认5%）、最大百分比（默认60%）

-XX:G1ReservePercent=10 保留内存区域，防止 to space(Survivor中的to区)溢出

怎么选择垃圾回收器

  • 优先调整堆的大小让JVM自适应完成。
  • 如果内存小于100M，使用串行收集器
  • 如果是单核，单机程序，并且没有停顿时间的要求，串行收集器
  • 如果是多CPU、需要高吞吐量、允许停顿时间超过1秒，选择并行或者JVM自己选择
  • 如果是多CPU、追求低停顿时间，需快速响应（比如延迟不能超过1秒，如互联网应用），使用并发收集器。官方推荐G1，性能高。现在互联网的项目，基本都是使用G1。

特别说明：

  1. 没有最好的收集器，更没有万能的收集；
  2. 调优永远是针对特定场景、特定需求，不存在一劳永逸的收集器

GC日志相关选项

常用参数

  1. -verbose:gc
    • 输出gc日志信息，默认输出到标准输出
    • 可以独立使用
  2. -XX:+PrintGC
    • 等同于-verbose:gc表示打开简化的GC日志
    • 可以独立使用
  3. -XX:+PrintGCDetails
    • 在发生垃圾回收时打印内存回收详细的日志，并在进程退出时输出当前内存各区域分配情况
    • 可以独立使用
  4. -XX:+PrintGCTimeStamps
    • 输出GC发生时的时间戳
    • 不可以独立使用，需要配合-XX:+PrintGCDetails使用
  5. -XX:+PrintGCDateStamps
    • 输出GC发生时的时间戳（以日期的形式，如2013-05-04T21:53:59.234+0800）
    • 不可以独立使用，需要配合-XX:+PrintGCDetails使用
  6. -XX:+PrintHeapAtGC
    • 每一次GC前和GC后，都打印堆信息
    • 可以独立使用
  7. -Xloggc:<file> 把GC日志写入到一个文件中去，而不是打印到标准输出中

其他参数

-XX:+TraceClassLoading 监控类的加载

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打印GC时线程的停顿时间

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 垃圾收集之前打印出应用未中断的执行时间

-XX:+PrintReferenceGC 记录回收了多少种不同引用类型的引用

-XX:+PrintTenuringDistribution 让JVM在每次MinorGC后打印出当前使用的Survivor中对象的年龄分布

-XX:+UseGCLogFileRotaion 启动GC日志文件的自动存储

-XX:+NumberOfGClogFiles=1 GC日志文件的循环数目

-XX:+GCLogFileSize=1M 控制GC日志文件的大小

其他参数

-XX:+DisableExplicitGC 禁止hotspot执行System.gc()，默认禁用

-XX:ReservedCodeCacheSize=[g|m|k]、-XX:InitialCodeCacheSize=[g|m|k] 指定代码缓存的大小

-XX:+UseCodeCacheFlushing 使用该参数让jvm放弃一些被编译的代码，避免代码缓存被占满时JVM切换到 interpreted-only的情况

-XX:+DoEscapeAnalysis 开启逃逸分析

-XX:+UseBiasedLocking 开启偏向锁

-XX:+UseTLAB 使用TLAB，默认打开

-XX:+PrintTLAB 打印TLAB的使用情况

-XX:TLABSize 设置TLAB大小

为什么要设置TLAB？

TLAB（ThreadLocal Allocation buffer），在Eden区，多个线程可以同时操作，考虑安全，需要加锁，但是效率降低，此时在Eden中为每个线程分配自己的TLAB，解决了线程安全问题，又解决的吞吐量。

四、通过Java代码获取JVM参数

Java提供了java.lang.management包用于监视和管理Java虚拟机和Java运行时中的其他组件，它允许本地和远程监控和管理运行的Java虚拟机。其中ManagementFactory这个类还是挺常用的。另外还有Runtime类也可以获取一些内存、CPU核数等相关的数据。

通过这些api可以监控我们的应用服务器的堆内存使用情况，设置一些阈值进行报警等处理。

image.png

五、总结

本节介绍了JVM运行时参数的分类、怎么添加JVM运行时参数及7大经典垃圾回收期使用的参数说明，下一节介绍GC日志分析。

欢迎大家关注公众号（MarkZoe）互相学习、互相交流。

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