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最全面的JVM優(yōu)化經(jīng)驗總結(jié)

開始之前

從事服務(wù)器托管雅安，服務(wù)器租用，云主機，網(wǎng)站空間，空間域名，CDN，網(wǎng)絡(luò)代維等服務(wù)。

Java 虛擬機有自己完善的硬件架構(gòu), 如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應(yīng)的指令系統(tǒng)。JVM 屏蔽了與具體操作系統(tǒng)平臺相關(guān)的信息，使得 Java 程序只需生成在 Java 虛擬機上運行的目標(biāo)代碼 (字節(jié)碼), 就可以在多種平臺上不加修改地運行。Java 虛擬機在執(zhí)行字節(jié)碼時，實際上最終還是把字節(jié)碼解釋成具體平臺上的機器指令執(zhí)行。

注意：本文僅針對 JDK7、HotSPOT Java 虛擬機，對于 JDK8 引入的 JVM 新特性及其他 Java 虛擬機，本文不予關(guān)注。

我們以一個例子開始這篇文章。假設(shè)你是一個普通的 Java 對象，你出生在 Eden 區(qū)，在 Eden 區(qū)有許多和你差不多的小兄弟、小姐妹，可以把 Eden 區(qū)當(dāng)成幼兒園，在這個幼兒園里大家玩了很長時間。Eden 區(qū)不能無休止地放你們在里面，所以當(dāng)年紀(jì)稍大，你就要被送到學(xué)校去上學(xué)，這里假設(shè)從小學(xué)到高中都稱為 Survivor 區(qū)。開始的時候你在 Survivor 區(qū)里面劃分出來的的“From”區(qū)，讀到高年級了，就進(jìn)了 Survivor 區(qū)的“To”區(qū)，中間由于學(xué)習(xí)成績不穩(wěn)定，還經(jīng)常來回折騰。直到你 18 歲的時候，高中畢業(yè)了，該去社會上闖闖了。于是你就去了年老代，年老代里面人也很多。在年老代里，你生活了 20 年 (每次 GC 加一歲)，最后壽終正寢，被 GC 回收。有一點沒有提，你在年老代遇到了一個同學(xué)，他的名字叫愛德華 (慕光之城里的帥哥吸血鬼)，他以及他的家族永遠(yuǎn)不會死，那么他們就生活在永生代。

本文主要講講如何運用這些區(qū)域，為系統(tǒng)性能提供更好的幫助。本文不再重復(fù)這些概念，直接進(jìn)入主題。

如何將新對象預(yù)留在年輕代

眾所周知，由于 Full GC 的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 Minor GC，因此某些情況下需要盡可能將對象分配在年輕代，這在很多情況下是一個明智的選擇。雖然在大部分情況下，JVM 會嘗試在 Eden 區(qū)分配對象，但是由于空間緊張等問題，很可能不得不將部分年輕對象提前向年老代壓縮。因此，在 JVM 參數(shù)調(diào)優(yōu)時可以為應(yīng)用程序分配一個合理的年輕代空間，以最大限度避免新對象直接進(jìn)入年老代的情況發(fā)生。清單 1 所示代碼嘗試分配 4MB 內(nèi)存空間，觀察一下它的內(nèi)存使用情況。

清單 1. 相同大小內(nèi)存分配

public class PutInEden {
public static void main(String[] args){
byte[] b1,b2,b3,b4;//定義變量
b1=new byte[1024*1024];//分配 1MB 堆空間，考察堆空間的使用情況
b2=new byte[1024*1024];
b3=new byte[1024*1024];
b4=new byte[1024*1024];
}
}

使用 JVM 參數(shù)-XX:+PrintGCDetails -Xmx20M -Xms20M 運行清單 1 所示代碼，輸出如清單 2 所示。

清單 2. 清單 1 運行輸出

[GC [DefNew: 5504K->640K(6144K), 0.0114236 secs] 5504K->5352K(19840K), 
0.0114595 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[GC [DefNew: 6144K->640K(6144K), 0.0131261 secs] 10856K->10782K(19840K),
0.0131612 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[GC [DefNew: 6144K->6144K(6144K), 0.0000170 secs][Tenured: 10142K->13695K(13696K),
0.1069249 secs] 16286K->15966K(19840K), [Perm : 376K->376K(12288K)],
0.1070058 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.11 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0302067 secs] 19839K->19595K(19840K), 
[Perm : 376K->376K(12288K)], 0.0302635 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0311986 secs] 19839K->19839K(19840K), 
[Perm : 376K->376K(12288K)], 0.0312515 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0358821 secs] 19839K->19825K(19840K), 
[Perm : 376K->371K(12288K)], 0.0359315 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.05 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0283080 secs] 19839K->19839K(19840K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0283723 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0284469 secs] 19839K->19839K(19840K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0284990 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0283005 secs] 19839K->19839K(19840K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0283475 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0287757 secs] 19839K->19839K(19840K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0288294 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0288219 secs] 19839K->19839K(19840K), 
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0288709 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0293071 secs] 19839K->19839K(19840K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0293607 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 13695K->13695K(13696K), 0.0356141 secs] 19839K->19838K(19840K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0356654 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.03 secs] 
Heap
def new generation total 6144K, used 6143K [0x35c10000, 0x362b0000, 0x362b0000)
eden space 5504K, 100% used [0x35c10000, 0x36170000, 0x36170000)
from space 640K, 99% used [0x36170000, 0x3620fc80, 0x36210000)
to space 640K, 0% used [0x36210000, 0x36210000, 0x362b0000)
tenured generation total 13696K, used 13695K [0x362b0000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 13696K, 99% used [0x362b0000, 0x3700fff8, 0x37010000, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 371K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706cd20, 0x3706ce00, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

清單 2 所示的日志輸出顯示年輕代 Eden 的大小有 5MB 左右。分配足夠大的年輕代空間，使用 JVM 參數(shù)-XX:+PrintGCDetails -Xmx20M -Xms20M-Xmn6M 運行清單 1 所示代碼，輸出如清單 3 所示。

清單 3. 增大 Eden 大小后清單 1 運行輸出

[GC [DefNew: 4992K->576K(5568K), 0.0116036 secs] 4992K->4829K(19904K), 
0.0116439 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[GC [DefNew: 5568K->576K(5568K), 0.0130929 secs] 9821K->9653K(19904K), 
0.0131336 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[GC [DefNew: 5568K->575K(5568K), 0.0154148 secs] 14645K->14500K(19904K),
0.0154531 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.01 secs] 
[GC [DefNew: 5567K->5567K(5568K), 0.0000197 secs][Tenured: 13924K->14335K(14336K),
0.0330724 secs] 19492K->19265K(19904K), [Perm : 376K->376K(12288K)],
0.0331624 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 14335K->14335K(14336K), 0.0292459 secs] 19903K->19902K(19904K),
[Perm : 376K->376K(12288K)], 0.0293000 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 14335K->14335K(14336K), 0.0278675 secs] 19903K->19903K(19904K),
[Perm : 376K->376K(12288K)], 0.0279215 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured: 14335K->14335K(14336K), 0.0348408 secs] 19903K->19889K(19904K),
[Perm : 376K->371K(12288K)], 0.0348945 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.05 secs] 
[Full GC [Tenured: 14335K->14335K(14336K), 0.0299813 secs] 19903K->19903K(19904K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0300349 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[Full GC [Tenured: 14335K->14335K(14336K), 0.0298178 secs] 19903K->19903K(19904K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0298688 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space[Full GC [Tenured: 
14335K->14335K(14336K), 0.0294953 secs] 19903K->19903K(19904K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0295474 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenured
: 14335K->14335K(14336K), 0.0287742 secs] 19903K->19903K(19904K), 
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0288239 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[Full GC [Tenuredat GCTimeTest.main(GCTimeTest.java:16)
: 14335K->14335K(14336K), 0.0287102 secs] 19903K->19903K(19904K),
[Perm : 371K->371K(12288K)], 0.0287627 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs] 
Heap
def new generation total 5568K, used 5567K [0x35c10000, 0x36210000, 0x36210000)
eden space 4992K, 100% used [0x35c10000, 0x360f0000, 0x360f0000)
from space 576K, 99% used [0x36180000, 0x3620ffe8, 0x36210000)
to space 576K, 0% used [0x360f0000, 0x360f0000, 0x36180000)
tenured generation total 14336K, used 14335K [0x36210000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 14336K, 99% used [0x36210000, 0x3700ffd8, 0x37010000, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 371K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706ce28, 0x3706d000, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

通過清單 2 和清單 3 對比，可以發(fā)現(xiàn)通過設(shè)置一個較大的年輕代預(yù)留新對象，設(shè)置合理的 Survivor 區(qū)并且提供 Survivor 區(qū)的使用率，可以將年輕對象保存在年輕代。

一般來說，Survivor 區(qū)的空間不夠，或者占用量達(dá)到 50%時，就會使對象進(jìn)入年老代 (不管它的年齡有多大)。清單 4 創(chuàng)建了 3 個對象，分別分配一定的內(nèi)存空間。

清單 4. 不同大小內(nèi)存分配

public class PutInEden2 {
public static void main(String[] args){
byte[] b1,b2,b3;
b1=new byte[1024*512];//分配 0.5MB 堆空間
b2=new byte[1024*1024*4];//分配 4MB 堆空間
b3=new byte[1024*1024*4];
b3=null; //使 b3 可以被回收
b3=new byte[1024*1024*4];//分配 4MB 堆空間
}
}

使用參數(shù)-XX:+PrintGCDetails -Xmx1000M -Xms500M -Xmn100M -XX:SurvivorRatio=8 運行清單 4 所示代碼，輸出如清單 5 所示。

清單 5. 清單 4 運行輸出

Heap
def new generation total 92160K, used 11878K [0x0f010000, 0x15410000, 0x15410000)
eden space 81920K, 2% used [0x0f010000, 0x0f1a9a20, 0x14010000)
from space 10240K, 99% used [0x14a10000, 0x1540fff8, 0x15410000)
to space 10240K, 0% used [0x14010000, 0x14010000, 0x14a10000)
tenured generation total 409600K, used 86434K [0x15410000, 0x2e410000, 0x4d810000)
the space 409600K, 21% used [0x15410000, 0x1a878b18, 0x1a878c00, 0x2e410000)
compacting perm gen total 12288K, used 2062K [0x4d810000, 0x4e410000, 0x51810000)
the space 12288K, 16% used [0x4d810000, 0x4da13b18, 0x4da13c00, 0x4e410000)
No shared spaces configured.

清單 5 輸出的日志顯示，年輕代分配了 8M，年老代也分配了 8M。我們可以嘗試加上-XX:TargetSurvivorRatio=90 參數(shù)，這樣可以提高 from 區(qū)的利用率，使 from 區(qū)使用到 90%時，再將對象送入年老代，運行清單 4 代碼，輸出如清單 6 所示。

清單 6. 修改運行參數(shù)后清單 4 輸出

Heap
def new generation total 9216K, used 9215K [0x35c10000, 0x36610000, 0x36610000)
eden space 8192K, 100% used [0x35c10000, 0x36410000, 0x36410000)
from space 1024K, 99% used [0x36510000, 0x3660fc50, 0x36610000)
to space 1024K, 0% used [0x36410000, 0x36410000, 0x36510000)
tenured generation total 10240K, used 10239K [0x36610000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 10240K, 99% used [0x36610000, 0x3700ff70, 0x37010000, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 371K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706cd90, 0x3706ce00, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

如果將 SurvivorRatio 設(shè)置為 2，將 b1 對象預(yù)存在年輕代。輸出如清單 7 所示。

清單 7. 再次修改運行參數(shù)后清單 4 輸出

Heap
def new generation total 7680K, used 7679K [0x35c10000, 0x36610000, 0x36610000)
eden space 5120K, 100% used [0x35c10000, 0x36110000, 0x36110000)
from space 2560K, 99% used [0x36110000, 0x3638fff0, 0x36390000)
to space 2560K, 0% used [0x36390000, 0x36390000, 0x36610000)
tenured generation total 10240K, used 10239K [0x36610000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 10240K, 99% used [0x36610000, 0x3700fff0, 0x37010000, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 371K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706ce28, 0x3706d000, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

如何讓大對象進(jìn)入年老代

我們在大部分情況下都會選擇將對象分配在年輕代。但是，對于占用內(nèi)存較多的大對象而言，它的選擇可能就不是這樣的。因為大對象出現(xiàn)在年輕代很可能擾亂年輕代 GC，并破壞年輕代原有的對象結(jié)構(gòu)。因為嘗試在年輕代分配大對象，很可能導(dǎo)致空間不足，為了有足夠的空間容納大對象，JVM 不得不將年輕代中的年輕對象挪到年老代。

因為大對象占用空間多，所以可能需要移動大量小的年輕對象進(jìn)入年老代，這對 GC 相當(dāng)不利。基于以上原因，可以將大對象直接分配到年老代，保持年輕代對象結(jié)構(gòu)的完整性，這樣可以提高 GC 的效率。如果一個大對象同時又是一個短命的對象，假設(shè)這種情況出現(xiàn)很頻繁，那對于 GC 來說會是一場災(zāi)難。

原本應(yīng)該用于存放永久對象的年老代，被短命的對象塞滿，這也意味著對堆空間進(jìn)行了洗牌，擾亂了分代內(nèi)存回收的基本思路。因此，在軟件開發(fā)過程中，應(yīng)該盡可能避免使用短命的大對象。

可以使用參數(shù)-XX:PetenureSizeThreshold 設(shè)置大對象直接進(jìn)入年老代的閾值。當(dāng)對象的大小超過這個值時，將直接在年老代分配。參數(shù)-XX:PetenureSizeThreshold 只對串行收集器和年輕代并行收集器有效，并行回收收集器不識別這個參數(shù)。

清單 8. 創(chuàng)建一個大對象

public class BigObj2Old {
public static void main(String[] args){
byte[] b;
b = new byte[1024*1024];//分配一個 1MB 的對象
}
}

使用 JVM 參數(shù)-XX:+PrintGCDetails –Xmx20M –Xms20MB 運行，可以得到清單 9 所示日志輸出。

清單 9. 清單 8 運行輸出

Heap
def new generation total 6144K, used 1378K [0x35c10000, 0x362b0000, 0x362b0000)
eden space 5504K, 25% used [0x35c10000, 0x35d689e8, 0x36170000)
from space 640K, 0% used [0x36170000, 0x36170000, 0x36210000)
to space 640K, 0% used [0x36210000, 0x36210000, 0x362b0000)
tenured generation total 13696K, used 0K [0x362b0000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 13696K, 0% used [0x362b0000, 0x362b0000, 0x362b0200, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 374K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706dac8, 0x3706dc00, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

可以看到該對象被分配在了年輕代，占用了 25%的空間。如果需要將 1MB 以上的對象直接在年老代分配，設(shè)置-XX:PetenureSizeThreshold=1000000，程序運行后輸出如清單 10 所示。

清單 10. 修改運行參數(shù)后清單 8 輸出

Heap
def new generation total 6144K, used 354K [0x35c10000, 0x362b0000, 0x362b0000)
eden space 5504K, 6% used [0x35c10000, 0x35c689d8, 0x36170000)
from space 640K, 0% used [0x36170000, 0x36170000, 0x36210000)
to space 640K, 0% used [0x36210000, 0x36210000, 0x362b0000)
tenured generation total 13696K, used 1024K [0x362b0000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 13696K, 7% used [0x362b0000, 0x363b0010, 0x363b0200, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 374K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706dac8, 0x3706dc00, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

清單 10 里面可以看到當(dāng)滿 1MB 時進(jìn)入到了年老代。

如何設(shè)置對象進(jìn)入年老代的年齡

堆中的每一個對象都有自己的年齡。一般情況下，年輕對象存放在年輕代，年老對象存放在年老代。為了做到這點，虛擬機為每個對象都維護一個年齡。如果對象在 Eden 區(qū)，經(jīng)過一次 GC 后依然存活，則被移動到 Survivor 區(qū)中，對象年齡加 1。以后，如果對象每經(jīng)過一次 GC 依然存活，則年齡再加 1。

當(dāng)對象年齡達(dá)到閾值時，就移入年老代，成為老年對象。這個閾值的最大值可以通過參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshold 來設(shè)置，默認(rèn)值是 15。雖然-XX:MaxTenuringThreshold 的值可能是 15 或者更大，但這不意味著新對象非要達(dá)到這個年齡才能進(jìn)入年老代。

事實上，對象實際進(jìn)入年老代的年齡是虛擬機在運行時根據(jù)內(nèi)存使用情況動態(tài)計算的，這個參數(shù)指定的是閾值年齡的最大值。即，實際晉升年老代年齡等于動態(tài)計算所得的年齡與-XX:MaxTenuringThreshold 中較小的那個。清單 11 所示代碼為 3 個對象申請了若干內(nèi)存。

清單 11. 申請內(nèi)存

public class MaxTenuringThreshold {
public static void main(String args[]){
byte[] b1,b2,b3;
b1 = new byte[1024*512];
b2 = new byte[1024*1024*2];
b3 = new byte[1024*1024*4];
b3 = null;
b3 = new byte[1024*1024*4];
}
}

參數(shù)設(shè)置為：-XX:+PrintGCDetails -Xmx20M -Xms20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=2

運行清單 11 所示代碼，輸出如清單 12 所示。

清單 12. 清單 11 運行輸出

[GC [DefNew: 2986K->690K(7680K), 0.0246816 secs] 2986K->2738K(17920K),
0.0247226 secs] [Times: user=0.00 sys=0.02, real=0.03 secs] 
[GC [DefNew: 4786K->690K(7680K), 0.0016073 secs] 6834K->2738K(17920K), 
0.0016436 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
def new generation total 7680K, used 4888K [0x35c10000, 0x36610000, 0x36610000)
eden space 5120K, 82% used [0x35c10000, 0x36029a18, 0x36110000)
from space 2560K, 26% used [0x36110000, 0x361bc950, 0x36390000)
to space 2560K, 0% used [0x36390000, 0x36390000, 0x36610000)
tenured generation total 10240K, used 2048K [0x36610000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 10240K, 20% used [0x36610000, 0x36810010, 0x36810200, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 374K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706db50, 0x3706dc00, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

更改參數(shù)為-XX:+PrintGCDetails -Xmx20M -Xms20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=2 -XX:MaxTenuringThreshold=1，運行清單 11 所示代碼，輸出如清單 13 所示。

清單 13. 修改運行參數(shù)后清單 11 輸出

[GC [DefNew: 2986K->690K(7680K), 0.0047778 secs] 2986K->2738K(17920K),
0.0048161 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC [DefNew: 4888K->0K(7680K), 0.0016271 secs] 6936K->2738K(17920K),
0.0016630 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
def new generation total 7680K, used 4198K [0x35c10000, 0x36610000, 0x36610000)
eden space 5120K, 82% used [0x35c10000, 0x36029a18, 0x36110000)
from space 2560K, 0% used [0x36110000, 0x36110088, 0x36390000)
to space 2560K, 0% used [0x36390000, 0x36390000, 0x36610000)
tenured generation total 10240K, used 2738K [0x36610000, 0x37010000, 0x37010000)
the space 10240K, 26% used [0x36610000, 0x368bc890, 0x368bca00, 0x37010000)
compacting perm gen total 12288K, used 374K [0x37010000, 0x37c10000, 0x3b010000)
the space 12288K, 3% used [0x37010000, 0x3706db50, 0x3706dc00, 0x37c10000)
ro space 10240K, 51% used [0x3b010000, 0x3b543000, 0x3b543000, 0x3ba10000)
rw space 12288K, 55% used [0x3ba10000, 0x3c0ae4f8, 0x3c0ae600, 0x3c610000)

清單 13 所示，第一次運行時 b1 對象在程序結(jié)束后依然保存在年輕代。第二次運行前，我們減小了對象晉升年老代的年齡，設(shè)置為 1。即，所有經(jīng)過一次 GC 的對象都可以直接進(jìn)入年老代。

程序運行后，可以發(fā)現(xiàn) b1 對象已經(jīng)被分配到年老代。如果希望對象盡可能長時間地停留在年輕代，可以設(shè)置一個較大的閾值。

穩(wěn)定的 Java 堆 VS 動蕩的 Java 堆

一般來說，穩(wěn)定的堆大小對垃圾回收是有利的。獲得一個穩(wěn)定的堆大小的方法是使-Xms 和-Xmx 的大小一致，即最大堆和最小堆 (初始堆) 一樣。如果這樣設(shè)置，系統(tǒng)在運行時堆大小理論上是恒定的，穩(wěn)定的堆空間可以減少 GC 的次數(shù)。因此，很多服務(wù)端應(yīng)用都會將最大堆和最小堆設(shè)置為相同的數(shù)值。

但是，一個不穩(wěn)定的堆并非毫無用處。穩(wěn)定的堆大小雖然可以減少 GC 次數(shù)，但同時也增加了每次 GC 的時間。讓堆大小在一個區(qū)間中震蕩，在系統(tǒng)不需要使用大內(nèi)存時，壓縮堆空間，使 GC 應(yīng)對一個較小的堆，可以加快單次 GC 的速度?；谶@樣的考慮，JVM 還提供了兩個參數(shù)用于壓縮和擴展堆空間。

-XX:MinHeapFreeRatio 參數(shù)用來設(shè)置堆空間最小空閑比例，默認(rèn)值是 40。當(dāng)堆空間的空閑內(nèi)存小于這個數(shù)值時，JVM 便會擴展堆空間。

-XX:MaxHeapFreeRatio 參數(shù)用來設(shè)置堆空間最大空閑比例，默認(rèn)值是 70。當(dāng)堆空間的空閑內(nèi)存大于這個數(shù)值時，便會壓縮堆空間，得到一個較小的堆。

當(dāng)-Xmx 和-Xms 相等時，-XX:MinHeapFreeRatio 和-XX:MaxHeapFreeRatio 兩個參數(shù)無效。

清單 14. 堆大小設(shè)置

import java.util.Vector;
public class HeapSize {
public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
Vector v = new Vector();
while(true){
byte[] b = new byte[1024*1024];
v.add(b);
if(v.size() == 10){
v = new Vector();
}
Thread.sleep(1);
}
}
}

清單 14 所示代碼是測試-XX:MinHeapFreeRatio 和-XX:MaxHeapFreeRatio 的作用，設(shè)置運行參數(shù)為-XX:+PrintGCDetails -Xms10M -Xmx40M -XX:MinHeapFreeRatio=40 -XX:MaxHeapFreeRatio=50 時，輸出如清單 15 所示。

清單 15. 修改運行參數(shù)后清單 14 輸出

[GC [DefNew: 2418K->178K(3072K), 0.0034827 secs] 2418K->2226K(9920K),
0.0035249 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[GC [DefNew: 2312K->0K(3072K), 0.0028263 secs] 4360K->4274K(9920K), 
0.0029905 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[GC [DefNew: 2068K->0K(3072K), 0.0024363 secs] 6342K->6322K(9920K),
0.0024836 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[GC [DefNew: 2061K->0K(3072K), 0.0017376 secs][Tenured: 8370K->8370K(8904K),
0.1392692 secs] 8384K->8370K(11976K), [Perm : 374K->374K(12288K)],
0.1411363 secs] [Times: user=0.00 sys=0.02, real=0.16 secs] 
[GC [DefNew: 5138K->0K(6336K), 0.0038237 secs] 13508K->13490K(20288K),
0.0038632 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs]

改用參數(shù)：-XX:+PrintGCDetails -Xms40M -Xmx40M -XX:MinHeapFreeRatio=40 -XX:MaxHeapFreeRatio=50，運行輸出如清單 16 所示。

清單 16. 再次修改運行參數(shù)后清單 14 輸出

[GC [DefNew: 10678K->178K(12288K), 0.0019448 secs] 10678K->178K(39616K), 
0.0019851 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs] 
[GC [DefNew: 10751K->178K(12288K), 0.0010295 secs] 10751K->178K(39616K),
0.0010697 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[GC [DefNew: 10493K->178K(12288K), 0.0008301 secs] 10493K->178K(39616K),
0.0008672 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[GC [DefNew: 10467K->178K(12288K), 0.0008522 secs] 10467K->178K(39616K),
0.0008905 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[GC [DefNew: 10450K->178K(12288K), 0.0008964 secs] 10450K->178K(39616K),
0.0009339 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC [DefNew: 10439K->178K(12288K), 0.0009876 secs] 10439K->178K(39616K),
0.0010279 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.02 secs]

從清單 16 可以看出，此時堆空間的垃圾回收穩(wěn)定在一個固定的范圍。在一個穩(wěn)定的堆中，堆空間大小始終不變，每次 GC 時，都要應(yīng)對一個 40MB 的空間。因此，雖然 GC 次數(shù)減小了，但是單次 GC 速度不如一個震蕩的堆。

增大吞吐量提升系統(tǒng)性能

吞吐量優(yōu)先的方案將會盡可能減少系統(tǒng)執(zhí)行垃圾回收的總時間，故可以考慮關(guān)注系統(tǒng)吞吐量的并行回收收集器。在擁有高性能的計算機上，進(jìn)行吞吐量優(yōu)先優(yōu)化，可以使用參數(shù)：

java –Xmx3800m –Xms3800m –Xmn2G –Xss128k –XX:+UseParallelGC 
–XX:ParallelGC-Threads=20 –XX:+UseParallelOldGC

–Xmx380m –Xms3800m：設(shè)置 Java 堆的最大值和初始值。一般情況下，為了避免堆內(nèi)存的頻繁震蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，我們的做法是設(shè)置最大堆等于最小堆。假設(shè)這里把最小堆減少為最大堆的一半，即 1900m，那么 JVM 會盡可能在 1900MB 堆空間中運行，如果這樣，發(fā)生 GC 的可能性就會比較高；

-Xss128k：減少線程棧的大小，這樣可以使剩余的系統(tǒng)內(nèi)存支持更多的線程；

-Xmn2g：設(shè)置年輕代區(qū)域大小為 2GB；

–XX:+UseParallelGC：年輕代使用并行垃圾回收收集器。這是一個關(guān)注吞吐量的收集器，可以盡可能地減少 GC 時間。

–XX:ParallelGC-Threads：設(shè)置用于垃圾回收的線程數(shù)，通常情況下，可以設(shè)置和 CPU 數(shù)量相等。但在 CPU 數(shù)量比較多的情況下，設(shè)置相對較小的數(shù)值也是合理的；

–XX:+UseParallelOldGC：設(shè)置年老代使用并行回收收集器。

嘗試使用大的內(nèi)存分頁

CPU 是通過尋址來訪問內(nèi)存的。32 位 CPU 的尋址寬度是 0~0xFFFFFFFF ，計算后得到的大小是 4G，也就是說可支持的物理內(nèi)存最大是 4G。但在實踐過程中，碰到了這樣的問題，程序需要使用 4G 內(nèi)存，而可用物理內(nèi)存小于 4G，導(dǎo)致程序不得不降低內(nèi)存占用。

為了解決此類問題，現(xiàn)代 CPU 引入了 MMU（Memory Management Unit 內(nèi)存管理單元）。MMU 的核心思想是利用虛擬地址替代物理地址，即 CPU 尋址時使用虛址，由 MMU 負(fù)責(zé)將虛址映射為物理地址。

MMU 的引入，解決了對物理內(nèi)存的限制，對程序來說，就像自己在使用 4G 內(nèi)存一樣。內(nèi)存分頁 (Paging) 是在使用 MMU 的基礎(chǔ)上，提出的一種內(nèi)存管理機制。它將虛擬地址和物理地址按固定大小（4K）分割成頁 (page) 和頁幀 (page frame)，并保證頁與頁幀的大小相同。

這種機制，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，保證了訪問內(nèi)存的高效，并使 OS 能支持非連續(xù)性的內(nèi)存分配。在程序內(nèi)存不夠用時，還可以將不常用的物理內(nèi)存頁轉(zhuǎn)移到其他存儲設(shè)備上，比如磁盤，這就是大家耳熟能詳?shù)奶摂M內(nèi)存。

在 Solaris 系統(tǒng)中，JVM 可以支持 Large Page Size 的使用。使用大的內(nèi)存分頁可以增強 CPU 的內(nèi)存尋址能力，從而提升系統(tǒng)的性能。

java –Xmx2506m –Xms2506m –Xmn1536m –Xss128k –XX:++UseParallelGC
–XX:ParallelGCThreads=20 –XX:+UseParallelOldGC –XX:+LargePageSizeInBytes=256m

–XX:+LargePageSizeInBytes：設(shè)置大頁的大小。

過大的內(nèi)存分頁會導(dǎo)致 JVM 在計算 Heap 內(nèi)部分區(qū)（perm, new, old）內(nèi)存占用比例時，會出現(xiàn)超出正常值的劃分，最壞情況下某個區(qū)會多占用一個頁的大小。

使用非占有的垃圾回收器

為降低應(yīng)用軟件的垃圾回收時的停頓，首先考慮的是使用關(guān)注系統(tǒng)停頓的 CMS 回收器，其次，為了減少 Full GC 次數(shù)，應(yīng)盡可能將對象預(yù)留在年輕代，因為年輕代 Minor GC 的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于年老代的 Full GC。

java –Xmx3550m –Xms3550m –Xmn2g –Xss128k –XX:ParallelGCThreads=20
–XX:+UseConcMarkSweepGC –XX:+UseParNewGC –XX:+SurvivorRatio=8 –XX:TargetSurvivorRatio=90
–XX:MaxTenuringThreshold=31

–XX:ParallelGCThreads=20：設(shè)置 20 個線程進(jìn)行垃圾回收；

–XX:+UseParNewGC：年輕代使用并行回收器；

–XX:+UseConcMarkSweepGC：年老代使用 CMS 收集器降低停頓；

–XX:+SurvivorRatio：設(shè)置 Eden 區(qū)和 Survivor 區(qū)的比例為 8:1。稍大的 Survivor 空間可以提高在年輕代回收生命周期較短的對象的可能性，如果 Survivor 不夠大，一些短命的對象可能直接進(jìn)入年老代，這對系統(tǒng)來說是不利的。

–XX:TargetSurvivorRatio=90：設(shè)置 Survivor 區(qū)的可使用率。這里設(shè)置為 90%，則允許 90%的 Survivor 空間被使用。默認(rèn)值是 50%。故該設(shè)置提高了 Survivor 區(qū)的使用率。當(dāng)存放的對象超過這個百分比，則對象會向年老代壓縮。因此，這個選項更有助于將對象留在年輕代。

–XX:MaxTenuringThreshold：設(shè)置年輕對象晉升到年老代的年齡。默認(rèn)值是 15 次，即對象經(jīng)過 15 次 Minor GC 依然存活，則進(jìn)入年老代。這里設(shè)置為 31，目的是讓對象盡可能地保存在年輕代區(qū)域。

結(jié)束語

通過本文的學(xué)習(xí)，讀者了解了如何將新對象預(yù)留在年輕代、如何讓大對象進(jìn)入年老代、如何設(shè)置對象進(jìn)入年老代的年齡、穩(wěn)定的 Java 堆 VS 動蕩的 Java 堆、增大吞吐量提升系統(tǒng)性能、嘗試使用大的內(nèi)存分頁、使用非占有的垃圾回收器等主題，通過實例及對應(yīng)輸出解釋的形式讓讀者對于 JVM 優(yōu)化有一個初步認(rèn)識。

如其他文章相同的觀點，沒有哪一條優(yōu)化是固定不變的，讀者需要自己判斷、實踐后才能找到正確的道路。

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網(wǎng)頁名稱：最全面的JVM優(yōu)化經(jīng)驗總結(jié)
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