jvm性能调优的一点体会

Posted 2021-04-05 重庆立言科技有限公司

JVM性能调优涉及到方方面面的取舍，往往是牵一发而动全身，需要全盘考虑各方面的影响。但也有一些基础的理论和原则，理解这些理论并遵循这些原则会让你的性能调优任务将会更加轻松。

JVM内存模型及垃圾收集算法

               

 1、根据Java虚拟机规范，JVM将内存划分为：

• New（年轻代）

• Tenured（年老代）

• 永久代（Perm）

其中New和Tenured属于堆内存，堆内存会从JVM启动参数（-Xmx:3G）指定的内存中分配，Perm不属于堆内存，有虚拟机直接分配，但可以通过-XX:PermSize-XX:MaxPermSize等参数调整其大小。

• 年轻代（New）：年轻代用来存放JVM刚分配的Java对象

• 年老代（Tenured)：年轻代中经过垃圾回收没有回收掉的对象将被Copy到年老代

• 永久代（Perm）：永久代存放Class、Method元信息，其大小跟项目的规模、类、方法的量有关，一般设置为128M就足够，设置原则是预留30%的空间。

New又分为几个部分：

• Eden：Eden用来存放JVM刚分配的对象

• Survivor1

• Survivro2：两个Survivor空间一样大，当Eden中的对象经过垃圾回收没有被回收掉时，会在两个Survivor之间来回Copy，当满足某个条件，比如Copy次数，就会被Copy到Tenured。显然，Survivor只是增加了对象在年轻代中的逗留时间，增加了被垃圾回收的可能性。

 2.垃圾回收算法

  垃圾回收算法可以分为三类，都基于标记-清除（复制）算法：

• Serial算法（单线程）

• 并行算法

• 并发算法

JVM会根据机器的硬件配置对每个内存代选择适合的回收算法，比如，如果机器多于1个核，会对年轻代选择并行算法，关于选择细节请参考JVM调优文档。

稍微解释下的是，并行算法是用多线程进行垃圾回收，回收期间会暂停程序的执行，而并发算法，也是多线程回收，但期间不停止应用执行。所以，并发算法适用于交互性高的一些程序。经过观察，并发算法会减少年轻代的大小，其实就是使用了一个大的年老代，这反过来跟并行算法相比吞吐量相对较低。

还有一个问题是，垃圾回收动作何时执行？

• 当年轻代内存满时，会引发一次普通GC，该GC仅回收年轻代。需要强调的时，年轻代满是指Eden代满，Survivor满不会引发GC

• 当年老代满时会引发Full     GC，Full GC将会同时回收年轻代、年老代

• 当永久代满时也会引发Full     GC，会导致Class、Method元信息的卸载

  另一个问题是，何时会抛出OutOfMemoryException，并不是内存被耗空的时候才抛出

• JVM98%的时间都花费在内存回收

• 每次回收的内存小于2%

满足这两个条件将触发OutOfMemoryException，这将会留给系统一个微小的间隙以做一些Down之前的操作，比如手动打印Heap Dump。

性能调优的层次

               

为了提升系统性能，我们需要对系统的各个角度和层次来进行优化，以下是需要优化的几个层次。

除了jvm调优以外，还有其他几个层面需要来处理，所以针对系统的调优不是只有jvm调优一项，而是需要针对系统来整体调优，才能提升系统的性能。在进行jvm调优之前，我们假设项目的架构调优和代码调优已经进行过或者是针对当前项目是最优的。这两个是jvm调优的基础，并且架构调优是对系统影响最大的 ，我们不能指望一个系统架构有缺陷或者代码层次优化没有穷尽的应用，通过jvm调优令其达到一个质的飞跃，这是不可能的。

另外，在调优之前，必须得有明确的性能优化目标，然后找到其性能瓶颈。之后针对瓶颈的优化，还需要对应用进行压力和基准测试，通过各种监控和统计工具，确认调优后的应用是否已经达到相关目标。

jvm调优流程

               

调优的最终目的都是为了令应用程序使用最小的硬件消耗来承载更大的吞吐。jvm的调优也不例外，jvm调优主要是针对垃圾收集器的收集性能优化，令运行在虚拟机上的应用能够使用更少的内存以及延迟获取更大的吞吐量。当然这里的最少是最优的选择，而不是越少越好。

一、性能定义

要查找和评估器性能瓶颈，首先要知道性能定义，对于jvm调优来说，我们需要知道以下三个定义属性，依作为评估基础:

• 吞吐量：重要指标之一，是指不考虑垃圾收集引起的停顿时间或内存消耗，垃圾收集器能支撑应用达到的最高性能指标。

• 延迟：其度量标准是缩短由于垃圾啊收集引起的停顿时间或者完全消除因垃圾收集所引起的停顿，避免应用运行时发生抖动。

• 内存占用：垃圾收集器流畅运行所需要 的内存数量。

这三个属性中，其中一个任何一个属性性能的提高，几乎都是以另外一个或者两个属性性能的损失作代价，不可兼得，具体某一个属性或者两个属性的性能对应用来说比较重要，要基于应用的业务需求来确定。

二、性能调优原则

在调优过程中，应该谨记以下3个原则，以便帮助我们更轻松的完成垃圾收集的调优，从而达到应用程序的性能要求。

1. MinorGC回收原则： 每次minor GC 都要尽可能多的收集垃圾对象。以减少应用程序发生Full GC的频率。

2. GC内存最大化原则：处理吞吐量和延迟问题时候，垃圾处理器能使用的内存越大，垃圾收集的效果越好，应用程序也会越来越流畅。

3. GC调优3选2原则: 在性能属性里面，吞吐量、延迟、内存占用，我们只能选择其中两个进行调优，不可三者兼得。

三、性能调优流程

延迟调优        

       

在确定了应用程序的活跃数据大小之后，我们需要再进行延迟性调优，因为对于此时堆内存大小，延迟性需求无法达到应用的需要，需要基于应用的情况来进行调试。

在这一步进行期间，我们可能会再次优化堆大小的配置，评估GC的持续时间和频率、以及是否需要切换到不同的垃圾收集器上。

在调优之前，我们需要知道系统的延迟需求是那些，以及对应的延迟可调优指标是那些。

• 应用程序可接受的平均停滞时间: 此时间与测量的Minor GC持续时间进行比较。

• 可接受的Minor GC频率：Minor GC的频率与可容忍的值进行比较。

• 可接受的最大停顿时间: 最大停顿时间与最差情况下FullGC的持续时间进行比较。

• 可接受的最大停顿发生的频率：基本就是FullGC的频率。

以上中，平均停滞时间和最大停顿时间，对用户体验最为重要，可以多关注。

基于以上的要求，我们需要统计以下数据:

• MinorGC的持续时间；

• 统计MinorGC的次数；

• FullGC的最差持续时间；

• 最差情况下，FullGC的频率；

吞吐量调优      

         

• 吞吐量调优主要是基于应用程序的吞吐量要求而来的，应用程序应该有一个综合的吞吐指标，这个指标基于真个应用的需求和测试而衍生出来的。当有应用程序的吞吐量达到或者超过预期的吞吐目标，整个调优过程就可以圆满结束了。

• 如果出现调优后依然无法达到应用程序的吞吐目标，需要重新回顾吞吐要求，评估当前吞吐量和目标差距是否巨大，如果在20%左右，可以修改参数，加大内存，再次从头调试，如果巨大就需要从整个应用层面来考虑，设计以及目标是否一致了，重新评估吞吐目标。

• 对于垃圾收集器来说，提升吞吐量的性能调优的目标就是就是尽可能避免或者很少发生FullGC 或者Stop-The-World压缩式垃圾收集（CMS），因为这两种方式都会造成应用程序吞吐降低。尽量在MinorGC 阶段回收更多的对象，避免对象提升过快到老年代。

总结：JVM调优是一个系统而又复杂的工作，目前jvm下的自动调整已经做的比较优秀，基本的一些初始参数都可以保证一般的应用跑的比较稳定了，对部分团队来说，程序性能可能优先级不高，默认垃圾收集器已经够用了。调优要基于自己的情况而来。如何将新对象预留在年轻代、如何让大对象进入年老代、如何设置对象进入年老代的年龄、稳定的 Java 堆 VS 动荡的 Java 堆、增大吞吐量提升系统性能、尝试使用大的内存分页、使用非占有的垃圾回收器等主题，对 JVM 优化有一个初步认识。

 

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