JVM调优篇

章四 JVM调优

介绍JVM调优内容，JVM 调优是为了解决性能瓶颈、优化资源利用和提高系统吞吐量的重要手段。调优主要围绕 内存管理、垃圾回收、线程并发 和 启动性能 等方面展开

调优目标

1. 响应时间：尽量降低延迟，减少GC停顿时间
2. 吞吐量：尽量提高系统处理能力，减少GC时间占总时间的比例
3. 内存使用：优化堆、栈等内存分配，避免内存泄漏和内存溢出

基本流程

1. 明确调优目标：响应时间、吞吐量或内存占用
2. 收集基线数据：通过监控工具（如JConsole、VisualVM等）收集cpu、内存、GC日志、线程状态等信息
3. 发现瓶颈：分析性能问题来源，如GC频繁、线程阻塞和内存不足
4. 调整JVM参数：逐步调整JVM启动参数，验证效果
5. 监控和迭代：持续观察调整后的参数，逐步优化

常见参数

1. 堆内存设置

参数	含义
-Xms	设置堆的初始大小，建议设置与-Xmx相等，避免动态扩展带来的开销
-Xmx	设置堆的最大大小
-XX:NewRatio	设置新生代、老年代的比例（默认1:2）
-XX:SurvivorRatio	设置 eden和 Survivor比例（默认8:1）
-XX:MaxMetaspaceSize	设置元空间最大大小
```
对于响应时间敏感应用，可以设置较大堆内存，减少GC次数
对于吞吐量优先应用，适当增大新生代，减少对象晋升的频率，减少Minor Gc次数
```
2. 垃圾回收器设置

GC 类型	参数	jdk版本	适用场景	特点
SerialGc(串行GC)	-XX:+UseSerialGC	JDK 1.3+	单线程、低内存场景，例如简单桌面应用畅叙	单线程回收，新生代使用复制算法，老年代使用标记-压缩算法，停顿时间较长，不适合高并发场景
ParallelGc(并发GC)	-XX:+UseParallelGC	jdk 1.4+(jdk8及以前默认GC)	高吞吐量应用	多线程回收，吞吐量优先；新生代使用复制算法，老年代使用标记-压缩算法
CMS GC	-XX:+UseConcMarkSweepGC	jdk 1.4+(jdk15之后已废弃)	响应时间优先场景，例如在线交易、金融系统	并发标记清除，降低老年代回收停顿时间；存在碎片化问题，容易导致Full GC；JKD9之后被G1替代，JDK14后废弃
G1 GC	-XX:+UseG1GC	jdk 7+(jdk9之后作为默认GC）	大内存(>4GB)、低延迟场景，如试试推荐、游戏服务等	面相区域分代收集，避免老年代停顿；支持用户指定最大停顿时间目标，平衡吞吐量和响应时间
ZGC	-XX:+UseZGC	jdk 11+	超低延迟场景，例如高频交易，实时系统	停顿时间<10ms,面向超大堆(支持TB级内存)；使用染色指针技术避免全局暂停；与G1、CMS相比进一步降低停顿时间
Shenandoah GC	-XX:+UseShenandoahGC	jdk 12+	超低延迟场景，适合低延迟的业务系统，如实时数据处理	并发标记-压缩算法，减少老年代碎片化；与ZGC类似，提供更短的停顿时间，堆内存压缩性能更新，比ZGC更适合小型堆(<1TB)
Epsilon GC	-XX:+UseEpsilonGC	jdk 11+	开发和测试场景，无垃圾回收需求，如临时程序或压力测试	无垃圾回收起，禁用垃圾回收仅分配内存，内存耗尽直接抛出oom异常

小型应用或单线程任务，使用Serial GC
高吞吐量要求，使用Parallel GC
低延迟应用，优先考虑G1 GC，如果延迟要求极低，选择ZGC或Shenandoah GC
测试或无需回收，使用Epsilon GC

3. GC日志参数

参数	含义
-Xlog:gc	启用GC日志输出（jdk>8)
-Xlog:gc*:file=gc.log	将GC日志写入文件
-XX:+PrintGCDetails	打印详细的GC日志（jdk<= 8)
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime	打印程序因GC停顿的时间
-XX:+PrintTenuringDistribution	打印对象在新生代中的晋升年龄分布
4. 线程栈大小

参数	含义
-Xss	设置线程栈大小
```
如果线程数较多，适当减少栈大小
如果线程需要深度递归，增大栈大小
```
5. JIT优化参数

参数	含义
-XX:+TieredCompilation	启用混合编译(默认开启)
-XX:CompileThreshold	设置JIT热点编译出发阈值(默认10000次)
-XX:+PrintCompilation	打印JIT编译的详细信息

优化示例

电商大促期间Full GC频繁案例

问题现象：

• 大促期间每5分钟发生一次Full GC
• 每次Full GC停顿2秒以上
• 年轻代GC频率正常（10秒/次）

分析过程：

# 获取GC日志
jstat -gcutil 18923 1000 10

# 堆内存dump
jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof 18923

诊断结果：

pie
    title 堆内存分布
    "订单缓存对象" : 65
    "会话信息" : 20
    "临时DTO对象" : 10
    "其他" : 5

优化方案：

# 原JVM参数
-Xmx4g -Xms4g -XX:+UseParallelGC

# 优化后参数
-Xmx8g -Xms8g 
-XX:+UseG1GC 
-XX:MaxGCPauseMillis=200 
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
-XX:G1ReservePercent=15
+ 添加本地缓存失效策略

优化效果：

指标	优化前	优化后
Full GC频率	5分钟/次	无Full GC
平均响应时间	350ms	120ms
吞吐量	1200TPS	4500TPS

大数据处理OOM问题

问题场景：

• 每日处理千万级数据时发生OOM
• 错误信息：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

分析工具：

# 内存对象分析
jmap -histo:live 28471 | head -20

# 堆外内存检查
jcmd 28471 VM.native_memory

内存泄漏定位：

// 问题代码片段
List<DataRecord> buffer = new ArrayList<>();
while((record = readNext()) != null) {
    buffer.add(record); // 未限制缓冲区大小
    process(buffer);
}

优化方案：

1. 增加批处理限制

   List<DataRecord> buffer = new ArrayList<>(1000);
   while((record = readNext()) != null) {
    buffer.add(record);
    if(buffer.size() >= 1000) {
        process(buffer);
        buffer.clear();
    }
   }

2. JVM参数调整 ```diff

-XX:+UseCompressedOops +XX:MaxDirectMemorySize=512m -Xmx12g -Xms12g -XX:+UseG1GC -XX:SurvivorRatio=8

#### 优化效果：
- 内存使用稳定在8GB以内
- 处理速度提升30%
- 无OOM发生

### 高并发服务GC调优

#### 系统特征：
- 100+节点微服务集群
- 平均QPS 2万+/节点
- 响应时间波动大（50ms~2s）

#### GC日志分析：
```log
[GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.2308990 secs]
   [Parallel Time: 220.3 ms, GC Workers: 16]
      [Ext Root Scanning (ms): 45.6]
      [Update RS (ms): 32.1]
        [Processed Buffers: 1200]
      [Scan RS (ms): 12.4]
      [Code Root Scanning (ms): 1.2]
      [Object Copy (ms): 128.7]
      [Termination (ms): 0.3]

调优步骤：

1. 调整Region大小 ```diff

-XX:G1HeapRegionSize=4m +XX:G1HeapRegionSize=8m

2. 优化并行阶段
```diff
-XX:ConcGCThreads=4 
+XX:ConcGCThreads=8
-XX:ParallelGCThreads=16
+XX:ParallelGCThreads=24

3. 内存分配优化 ```diff

-XX:+UseTLAB +XX:TLABSize=128k -XX:-ResizeTLAB +XX:+ResizeTLAB

#### 效果对比：
| 参数               | 优化前停顿 | 优化后停顿 |
|------------------|-------|-------|
| Young GC         | 230ms | 150ms |
| Mixed GC         | 450ms | 280ms |
| 吞吐量损失           | 12%   | 6%    |

### 内存泄漏排查案例

#### 现象描述：
- 服务运行3天后内存占用达95%
- 重启后内存增长曲线异常

#### 排查工具组合：
1. **即时分析**：
```shell
jcmd 38742 GC.class_histogram | grep -v "java.lang"

2. 趋势监控：

   jstat -gcutil 38742 60s

3. 堆转储分析：

   // 使用MAT分析找到的泄漏对象
   Dominator Tree -> Thread Local Storage

泄漏代码定位：

// 错误使用ThreadLocal
private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter = 
    ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"));

// 正确写法
private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter = 
    ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"));

修复效果：

graph LR
    A[运行时间] --> B[内存占用]
    A1(24小时) --> B1(45%)
    A2(48小时) --> B2(48%)
    A3(72小时) --> B3(50%)

ZGC低延迟场景实践

业务需求：

• 金融交易系统
• 要求单笔交易延迟<10ms
• 99.99%的GC停顿<1ms

基准测试：

# 使用SPECjbb2015测试
java -XX:+UseZGC -Xmx16g -Xms16g \
     -XX:ConcGCThreads=8 \
     -XX:NativeMemoryTracking=detail \
     -jar specjbb2015.jar

参数调优：

-XX:+UseZGC
-Xms24g -Xmx24g
+XX:ConcGCThreads=6
+XX:SoftMaxHeapSize=20g
+XX:AllocatePrefetchStyle=1
+XX:-UsePerCPUMembank

性能指标：

指标	Parallel GC	G1 GC	ZGC
最大停顿时间	1200ms	450ms	0.8ms
吞吐量损失	8%	12%	4%
内存占用	18GB	16GB	20GB
99.9%延迟	35ms	25ms	8ms

容器环境调优实践

典型问题：

• Kubernetes Pod频繁OOMKilled
• 容器内存限制8GB，但实际使用超限

关键配置：

# 容器规范
resources:
  limits:
    memory: "8Gi"
    cpu: "4"

# JVM参数优化
-XX:+UseContainerSupport
+XX:MaxRAMPercentage=75.0
+XX:ActiveProcessorCount=4
-XX:+AlwaysPreTouch

内存分布优化：

pie
    title 容器内存分配
    "JVM堆" : 6144
    "堆外内存" : 1024
    "元空间" : 256
    "系统预留" : 512

监控方案：

# 容器内存监控
kubectl top pod

# JVM内部监控
jcmd 1 VM.native_memory summary

优化效果：

• 内存使用稳定在7.5GB以内
• 无OOMKilled发生
• GC频率降低40%

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