深入理解Java虚拟机——JVM性能优化

一、性能监控

当开发或运行一个Java应用的时候，对JVM的性能进行监控是很重要的。配置JVM不是一次配置就万事大吉的，特别是你要应对的是Java服务器应用的情况。你必须持续的检查堆内存和非堆内存的分配和使用情况，线程数的创建情况和内存中加载的类的数据情况等。这些都是核心参数。

使用Anturis控制台，你可以为任何的硬件组件上运行的JVM配置监控（例如，在一台电脑上运行的一个Tomcat网页服务器）。

JVM监控可以使用以下衡量标准：

1、总内存使用情况（MB）：即JVM使用的总内存。如果JVM使用了所有可用内存，这项指标可以衡量底层操作系统的整体性能。

2、堆内存使用（MB）：即JVM为运行的Java应用所使用的对象分配的所有内存。不使用的对象通常会被垃圾回收器从堆中移除。所以，如果这个指数增大，表示你的应用没有把不使用的对象移除或者你需要更好的配置垃圾回收器的参数。

3、非堆内存的使用（MB）：即为方法区和代码缓存分配的所有内存。方法区是用于存储被加载的类的引用，如果这些引用没有被适当的清理，永生代池会在每次应用被重新部署的时候都会增大，导致非堆的内存泄露。这个指标也可能指示了线程创建的泄露。

4、池内总内存（MB）：即JVM所分配的所有变量内存池的内存和（即除了代码缓存区外的所有内存和）。这个指标能够让你明确你的应用在JVM过载前所能使用的总内存。

5、线程：即所有有效线程数。举个例子，在Tomcat服务器中每个请求都是一个独立的线程来处理，所以这个衡量指标可以表示当前有多少个请求数，是否影响到了后台低权限的线程的运行。

6、类：即所有被加载的类的总数。如果你的应用动态的创建很多类，这可能是内存泄露的一个原因。

二、性能优化

JVM是运行在一个独立的进程中的，但它可以并发执行多个线程，每个线程都运行自己的方法，这是Java必备的一个部分。以即时消息客户端这样一个应用为例，它至少运行两个线程。一个线程用于等待用户输入，另一个检查服务端是否有新的消息传输。再以服务端应用为例，有时一个请求可能要涉及多个线程并发执行，所以需要多线程来处理请求。

在JVM的进程中，所有的线程共享内存和其他可用的资源。每一个JVM进程在进入点（main方法）处都要启动一个主线程，其他线程都从主线程启动，成为执行过程中的一个独立部分。线程可以再不同的处理器上并行执行，同样也可以共享一个处理器，线程调度器负责处理多个线程共享一个处理器的情况。

很多应用（特别是服务端应用）会处理很多任务，需要并行运行。这些任务中有些是非常重要的，需要实时执行的。而另外一些是后台任务，可以在CPU空闲时执行。任务是在不同的线程中运行的。举例子来说，服务端可能有一些低优先级的线程，它们会根据一些数据来计算统计信息。同时也会启动一些高优先级的进程用于处理传入的数据，响应对这些统计信息的请求。这里可能有很多的源数据，很多来自客户端的数据请求，每个请求都会使服务端短暂的停止后台计算的线程以响应这个请求。所以，你必须监控在运行的线程数目并且保证有足够的CPU时间来执行必要的计算。

JVM的性能取决于其配置是否与应用的功能相匹配。尽管垃圾回收器和内存回收进程是自动管理内存的，但是你必须掌管它们的频率。通常来说，你的应用可使用的内存越多，那么这些会导致应用暂停的内存管理进程需要起作用的就越少。

如果垃圾回收发生的频率比你想的要多很多，那么可以在启动JVM的时候为其配置更大的最大堆大小值。堆被填满的时间越久，就越能降低垃圾回收发生的频率。最大堆大小值可以在启动JVM的时候，用-Xmx参数来设定。默认的最大堆大小是被设置为可用的操作系统内存的四分之一，或者最小1GB。

如果问题出在经常重新分配内存，那么你可以把初始化堆大小设置为和最大堆大小一样。这就意味着JVM永远不需要为堆重新分配内存。但这样做就会失去动态堆大小适配的优化，堆的大小从一开始就被固定下来。配置初始化对大小是在启动JVM，用-Xms来设定。默认初始化堆大小会被设定为操作系统可用的物理内存的六十四分之一，或者设置一个最小值。这个值是根据不同的平台来确定的。

如果你清楚是哪种垃圾回收（minor gc或major gc）导致了性能问题，可以在不改变整个堆大小的情况下设定新生代和老生代的大小比例。对于需要产生大量临时对象的应用，需要增大新生代的比例（当然，后果是减小了老生代的大小）。对于长生命周期对象较多的应用，则需增大老生代的比例（自然需要减少新生代的大小）。

以下几种方法可以用来设定新生代和老生代的大小：

1、在启动JVM时，使用-XX:NewRatio参数来具体指定新生代和老生代的大小比例。比如，如果想让老生代的大小是新生代的五倍，则设置参数为-XX:NewRatio=5，默认这个参数设定为2（即老生代占用堆空间的三分之二，新生代占用三分之一）。

2、在启动JVM时，直接使用-Xmn参数设定初始化和最大新生代大小，那么堆中的剩余大小即是老生代的大小。

3、在启动JVM时，直接使用-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize参数设定初始化和最大新生代大小，那么堆中的剩余大小即是老生代的大小。

每一个线程都有一个栈，用于保存函数调用、返回地址等等，这些栈有着对应的内存分配。如果线程过多，就会导致OutOfMemory错误。即使你有足够的空间的堆来存放对象，你的应用也可能会因为创建一个新的线程而崩溃。这种情况下，需要考虑限制线程中的栈大小的最大值。线程栈大小可以在JVM启动的时候，通过-Xss参数来设置，默认这个值被设定为320KB至1024KB之间，这和平台相关。

内容参考《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》(第2版)周志明

转自：http://blog.youkuaiyun.com/SilenceOO/article/details/77883020