JVM调优

核心理论

1.1 JVM参数分类

JVM参数根据稳定性和标准化程度分为三类：

1.1.1 标准参数（Standard Options）

• 以-开头，所有JVM实现都必须支持
• 保持向后兼容
• 示例：-version、-help、-cp/-classpath

1.1.2 非标准参数（Non-Standard Options）

• 以-X开头，特定JVM实现支持的扩展参数
• 可能在不同版本间变化
• 示例：-Xms、-Xmx、-Xmn、-Xss

1.1.3 高级参数（Advanced Options）

• 以-XX:开头，用于高级调优和调试
• 稳定性差，可能随时移除
• 分为布尔型参数和键值对参数：
  • 布尔型：-XX:+<option>（启用）、-XX:-<option>（禁用）
  • 键值对：-XX:<option>=<value>

1.2 内存管理参数

1.2.1 堆内存参数

• -Xms<size>：初始堆大小，默认物理内存的1/64
• -Xmx<size>：最大堆大小，默认物理内存的1/4
• -Xmn<size>：新生代大小（Eden + 2*Survivor）
• -XX:NewRatio=<n>：新生代与老年代比例（老年代/新生代 = n），默认2
• -XX:SurvivorRatio=<n>：Eden区与Survivor区比例（Eden/Survivor = n），默认8
• -XX:MetaspaceSize=<size>：元空间初始大小
• -XX:MaxMetaspaceSize=<size>：元空间最大大小（默认无限制）

1.2.2 非堆内存参数

• -XX:PermSize=<size>：永久代初始大小（JDK8及以上已移除，使用元空间）
• -XX:MaxPermSize=<size>：永久代最大大小（JDK8及以上已移除）
• -Xss<size>：每个线程的栈大小，默认1M

1.3 GC相关参数

1.3.1 垃圾收集器选择

• -XX:+UseSerialGC：使用Serial + Serial Old收集器组合
• -XX:+UseParNewGC：使用ParNew + Serial Old收集器组合
• -XX:+UseConcMarkSweepGC：使用ParNew + CMS + Serial Old收集器组合
• -XX:+UseParallelGC：使用Parallel Scavenge + Parallel Old收集器组合
• -XX:+UseG1GC：使用G1收集器

1.3.2 GC日志参数

• -XX:+PrintGC：打印简单GC日志
• -XX:+PrintGCDetails：打印详细GC日志
• -XX:+PrintGCDateStamps：打印GC发生的时间戳
• -Xloggc:<file>：将GC日志输出到指定文件
• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：OOM时生成堆转储文件
• -XX:HeapDumpPath=<path>：堆转储文件路径

1.3.3 GC调优参数

• -XX:MaxGCPauseMillis=<n>：G1收集器目标最大停顿时间
• -XX:GCTimeRatio=<n>：Parallel Scavenge收集器吞吐量目标（1/(1+n)）
• -XX:ParallelGCThreads=<n>：并行GC线程数
• -XX:ConcGCThreads=<n>：CMS或G1并发GC线程数

1.4 其他常用参数

• -XX:+DisableExplicitGC：禁用System.gc()
• -XX:+UseCompressedOops：启用压缩普通对象指针（32位指针表示64位地址）
• -XX:+PrintCommandLineFlags：打印JVM启动时的参数
• -D<name>=<value>：设置系统属性

代码实践

2.1 查看JVM参数

2.1.1 查看JVM默认参数

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

2.1.2 查看进程JVM参数

# 查找Java进程ID
jps
# 查看指定进程的JVM参数
jinfo <pid>

2.2 设置JVM参数示例

2.2.1 基本堆内存配置

java -Xms512m -Xmx1024m -jar app.jar

2.2.2 G1收集器配置

java -Xms2g -Xmx2g -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:g1-gc.log -jar app.jar

2.2.3 生产环境常用配置

java -server -Xms4g -Xmx4g -Xmn1g -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/var/log/app/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/var/log/app/heapdump.hprof -jar app.jar

2.3 分析JVM参数配置

使用jconsole或jvisualvm连接Java进程，查看内存配置是否符合预期：

1. 启动jvisualvm
2. 连接目标Java进程
3. 在"监视"标签页查看堆内存使用情况
4. 在"JVM参数"标签页查看当前JVM参数

设计思想

3.1 参数设计的权衡原则

JVM参数设计体现了多种权衡：

• 内存与性能：更大的堆内存减少GC频率，但增加单次GC时间
• 吞吐量与延迟：Parallel Scavenge关注吞吐量，CMS/G1关注延迟
• 默认值与自定义：JVM提供合理默认值，同时允许根据应用特性自定义
• 简单性与灵活性：标准参数简单易用，高级参数提供灵活调优

3.2 分代思想在参数中的体现

内存分代思想在JVM参数中得到充分体现：

• NewRatio和SurvivorRatio参数控制新生代与老年代比例
• 不同代有独立的GC参数和收集器选择
• 新生代大小直接影响Minor GC频率和耗时

3.3 自适应调优理念

Parallel Scavenge收集器引入自适应调优理念：

• 通过-XX:+UseAdaptiveSizePolicy启用
• JVM根据当前系统运行情况自动调整新生代大小、Eden与Survivor比例等参数
• 减少人工调优负担，适合对JVM调优不熟悉的场景

避坑指南

4.1 堆内存设置不当

• 内存过小：频繁GC，甚至OOM 解决：根据应用内存需求合理设置-Xms和-Xmx
• 内存过大：单次GC时间过长，浪费系统资源 解决：堆内存一般不超过物理内存的70%，大内存建议使用G1收集器
• Xms与Xmx不一致：导致堆内存动态调整，影响性能 解决：生产环境建议将Xms和Xmx设置为相同值

4.2 元空间溢出

• 原因：元空间大小未限制，类加载过多导致溢出
• 解决：设置-XX:MaxMetaspaceSize限制元空间大小，排查类加载泄漏

4.3 过度调优

• 问题：盲目调整大量参数，不仅无法提升性能，还可能引入新问题
• 解决：遵循"先监控，后调优"原则，只调整有明确优化目标的参数

4.4 忽略GC日志

• 问题：不开启GC日志，无法分析GC问题
• 解决：生产环境务必开启GC日志记录，包括详细信息和时间戳

4.5 错误使用废弃参数

• 问题：使用JDK版本中已废弃或移除的参数（如JDK8使用PermSize）
• 解决：查阅对应JDK版本的官方文档，确认参数可用性

深度思考题

1. 为什么建议将-Xms和-Xmx设置为相同值？在什么情况下可能需要设置为不同值？
2. 如何根据应用特点选择合适的垃圾收集器？
3. 什么是JVM参数的"黄金比例"？如何确定适合特定应用的参数配置？

思考题回答：

1. 将-Xms和-Xmx设置为相同值可以避免堆内存动态扩展，减少内存调整带来的性能开销。在以下情况可能需要设置为不同值：

   • 应用启动初期内存需求小，后期需求增长
   • 服务器内存资源紧张，需要多个应用共享内存
   • 开发测试环境，希望节省内存资源

2. 选择垃圾收集器应考虑：

   • 应用类型：桌面应用可容忍较长停顿，优先选择Serial收集器；服务器应用关注吞吐量或延迟
   • 堆内存大小：大堆内存（>4GB）优先选择G1
   • 延迟要求：对响应时间敏感的应用选择CMS或G1
   • 吞吐量要求：批处理应用选择Parallel Scavenge
   • JDK版本：JDK9及以上G1为默认收集器，JDK17引入ZGC/Shenandoah等低延迟收集器

3. JVM参数的"黄金比例"是指根据应用特性找到的最优参数组合，没有统一标准。确定方法：

   • 基准测试：建立性能基准，测量不同参数组合的性能指标
   • 监控分析：收集生产环境GC日志、内存使用情况
   • 逐步调整：一次只调整一个参数，观察影响
   • 关注瓶颈：优先解决明显的性能瓶颈（如频繁Full GC）
   • 考虑硬件：根据CPU核心数、内存大小调整并行线程数等参数