深入理解JVM虚拟机：（五）GC调优与JVM实用参数

最新推荐文章于 2025-06-07 22:47:16 发布
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本文深入解析JVM参数，涵盖串行、并行、CMS及G1回收器的配置，提供实用调优案例，如降低停顿、吞吐量优先及使用大页策略，助力性能优化。

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1.1 GC相关参数总结

1.与串行回收器相关的参数

  • -XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行回收器。

  • -XX:+SuivivorRatio：设置 eden 区大小和 survivor 区大小的比例。

  • -XX:+PretenureSizeThreshold：设置大对象直接进入老年代的阈值。当对象的大小超过这个值时，将直接在老年代分配。

  • -XX:MaxTenuringThreshold：设置对象进入老年代的年龄的最大值。每一次 Minor GC 后，对象年龄就加 1。任何大于这个年龄的对象，一定会进入老年代。

2.与并行 GC 相关的参数

  • -XX:+UseParNewGC：在新生代使用并行回收收集器。

  • -XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行回收收集器。

  • -XX:ParallelGCThreads：设置用于垃圾回收的线程数。通常情况下可以和 CPU 数量相等。但在 CPU 数量比较多的情况下，设置相对较小的数值也是合理的。

  • -XX:MaxGCPauseMills：设置最大垃圾收集停顿时间。它的值是一个大于 0 的整数。收集器在工作时，会调整 Java 堆大小或者其他一些参数，尽可能地把停顿时间控制在 MaxGCPauseMills 以内。

  • -XX:GCTimeRatio：设置吞吐量大小，它的值是一个 0-100 之间的整数。假设 GCTimeRatio 的值为 n，那么系统将花费不超过 1/(1+n) 的时间用于垃圾收集。

  • -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：打开自适应 GC 策略。在这种模式下，新生代的大小，eden 和 survivor 的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，以达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。

3.与 CMS 回收器相关的参数

  • -XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用并行收集器，老年代使用 CMS+串行收集器。

  • -XX:+ParallelCMSThreads：设定 CMS 的线程数量。

  • -XX:+CMSInitiatingOccupancyFraction：设置 CMS 收集器在老年代空间被使用多少后触发，默认为 68%。

  • -XX:+UseFullGCsBeforeCompaction：设定进行多少次 CMS 垃圾回收后，进行一次内存压缩。

  • -XX:+CMSClassUnloadingEnabled：允许对类元数据进行回收。

  • -XX:+CMSParallelRemarkEndable：启用并行重标记。

  • -XX:CMSInitatingPermOccupancyFraction：当永久区占用率达到这一百分比后，启动 CMS 回收 (前提是-XX:+CMSClassUnloadingEnabled 激活了)。

  • -XX:UseCMSInitatingOccupancyOnly：表示只在到达阈值的时候，才进行 CMS 回收。

  • -XX:+CMSIncrementalMode：使用增量模式，比较适合单 CPU。

4.与 G1 回收器相关的参数

  • -XX:+UseG1GC：使用 G1 回收器。

  • -XX:+UnlockExperimentalVMOptions:允许使用实验性参数。

  • -XX:+MaxGCPauseMills:设置最大垃圾收集停顿时间。

  • -XX:+GCPauseIntervalMills:设置停顿间隔时间。

5.其他参数

  • -XX:+DisableExplicitGC: 禁用显示 GC。

2.常用调优案例和方法

在实际调优过程中，需要根据具体情况进行权衡和折中。

2.1 将新对象预留在新生代

由于 Full GC 的成本远远高于 Minor GC，因此某些情况下需要尽可能将对象分配在年轻代。因此，在 JVM 参数调优时可以为应用程序分配一个合理的年轻代空间，以最大限度避免新对象直接进入年老代的情况发生。

合理设置一个年轻代的空间大小。-Xmn 调整这个参数，最好设置成堆内存的3/8,例如最大-Xmx5G，那么 -Xmn应该设置成3/8*2大约在2G左右

设置合理的survivor区并提高survivor区的使用率。 第一种是通过参数-XX:TargetSurvivorRatio提高from区的利用率；第二种方法通过-XX:SurvivorRatio，设置一个更大的from区。

2.2 大对象进入老年代

因为大对象出现在年轻代很可能扰乱年轻代 GC，并破坏年轻代原有的对象结构。因为尝试在年轻代分配大对象，很可能导致空间不足，为了有足够的空间容纳大对象，JVM 不得不将年轻代中的年轻对象挪到年老代。因为大对象占用空间多，所以可能需要移动大量小的年轻对象进入年老代，这对 GC 相当不利。基于以上原因，可以将大对象直接分配到年老代，保持年轻代对象结构的完整性，这样可以提高 GC 的效率。

可以使用-XX:PetenureSizeThreshold 设置大对象直接进入老年代的阈值。

举例：-XX:PetenureSizeThreshold=1000000 当对象大小超过这个值时，将直接在老年代分配。

2.3 设置对象进入老年代的年龄

对象在新生代经过一次GC依然存活，则年龄＋1，当年龄达到阀值，就移入老年代。 阀值的最大值通过参数： -XX:MaxTenuringThreshold 来设置，它默认是15。 在实际虚拟机运行过程中，并不是按照这个年龄阀值来判断，而是依据内存使用情况来判断，但这个年龄阀值是最大值，也就说到达这个年龄的对象一定会被移到老年代。

举例：-XX:MaxTenuringThreshold=1 即所有经过一次GC的对象都可以直接进入老年代。

2.4 稳定与震荡的堆大小

当 -Xms与 -Xmx设置大小一样，是一个稳定的堆，这样做的好处是，减少GC的次数。

当 -Xms与 -Xmx设置大小不一样，是一个不稳定的堆，它会增加GC的次数，但是它在系统不需要使用大内存时，压缩堆空间，使得GC应对一个较小的堆，可以加快单次GC的次数。

可以通过两个参数设置用语压缩和扩展堆空间：

  • -XX:MinHeapFreeRatio: 设置堆的最小空闲比例，默认是40，当堆空间的空闲空间小于这个数值时，jvm会自动扩展空间。

  • -XX：MaxHeapFreeRatio: 设置堆的最大空闲比例，默认是70，当堆空间的空闲空间大于这个数值时，jvm会自动压缩空间。

2.5 吞吐量优先案例

吞吐量优先的方案将会尽可能减少系统执行垃圾回收的总时间，故可以考虑关注系统吞吐量的并行回收收集器。在拥有4GB内存和32核CPU的计算机上，进行吞吐量的优化，可以使用参数：

java –Xmx3800m –Xms3800m –Xmn2G –Xss128k –XX:+UseParallelGC 
   –XX:ParallelGCThreads=20 –XX:+UseParallelOldGC

  • –Xmx380m –Xms3800m：设置 Java 堆的最大值和初始值。一般情况下，为了避免堆内存的频繁震荡，导致系统性能下降，我们的做法是设置最大堆等于最小堆。假设这里把最小堆减少为最大堆的一半，即 1900m，那么 JVM 会尽可能在 1900MB 堆空间中运行，如果这样，发生 GC 的可能性就会比较高；

  • -Xss128k：减少线程栈的大小，这样可以使剩余的系统内存支持更多的线程；

  • -Xmn2g：设置年轻代区域大小为 2GB；

  • –XX:+UseParallelGC：年轻代使用并行垃圾回收收集器。这是一个关注吞吐量的收集器，可以尽可能地减少 GC 时间。

  • –XX:ParallelGCThreads：设置用于垃圾回收的线程数，通常情况下，可以设置和 CPU 数量相等。但在 CPU 数量比较多的情况下，设置相对较小的数值也是合理的；

  • –XX:+UseParallelOldGC：设置年老代使用并行回收收集器。

2.6 使用大页案例

在 Solaris 系统中，JVM 可以支持 Large Page Size 的使用。使用大的内存分页可以增强 CPU 的内存寻址能力，从而提升系统的性能。

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

–XX:+LargePageSizeInBytes：设置大页的大小。

2.7 降低停顿案例

为降低应用软件的垃圾回收时的停顿，首先考虑的是使用关注系统停顿的 CMS 回收器，其次，为了减少 Full GC 次数，应尽可能将对象预留在年轻代，因为年轻代 Minor GC 的成本远远小于年老代的 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：设置 20 个线程进行垃圾回收；

  • –XX:+UseParNewGC：新生代使用并行回收器；

  • –XX:+UseConcMarkSweepGC：老年代使用 CMS 收集器降低停顿；

  • –XX:+SurvivorRatio：设置 Eden 区和 Survivor 区的比例为 8:1。稍大的 Survivor 空间可以提高在新生代回收生命周期较短的对象的可能性（如果 Survivor 不够大，一些短命的对象可能直接进入老年代，这对系统来说是不利的）。

  • –XX:TargetSurvivorRatio：设置 Survivor 区的可使用率。这里设置为 90%，则允许 90%的 Survivor 空间被使用。默认值是 50%。故该设置提高了 Survivor 区的使用率。当存放的对象超过这个百分比，则对象会向老年代压缩。因此，这个选项更有助于将对象留在新生代。

  • –XX:MaxTenuringThreshold：设置年轻对象晋升到老年代的年龄。默认值是 15 次，即对象经过 15 次 Minor GC 依然存活，则进入老年代。这里设置为 31，即尽可能地让对象保存在新生代。

3.实用JVM参数

3.1 JIT编译参数

JVM的JIT（Just-In-Time）编译器，可以在运行时将字节码编译成本地代码，从而提高函数的执行效率。-XX:CompileThreshold 为 JIT编译的阈值， 当函数的调用次数超过 -XX:CompileThreshold 时，JIT就将字节码编译成本地机器码。 在Client 模式下， XX:CompileThreshold 的取值为1500；在Server 模式下， 取值是10000。JIT编译完成后， JVM便会使用本地代码代替原来的字节码解释执行。

设置参数示例
JIT编译阈值-XX:CompileThreshold-XX:CompileThreshold=1500
打印耗时-XX:CITime-XX:CITime
打印编译信息-XX:PrintCompilation-XX:PrintCompilation

3.2 堆快照（堆Dump）

获得程序的堆快照文件有很多方法， 比较常用的取得堆快照文件的方法是使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数在程序发生OOM时，导出应用程序的当前堆快照。

通过参数 -XX:heapDumpPath 可以指定堆快照的保存位置。

-Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:heapDumpPath=C:\m.hprof

3.3 错误处理

当系统发生OOM错误时，虚拟机在错误发生时运行一段第三方脚本， 比如， 当OOM发生时，重置系统

-XX:OnOutOfMemoryError=c:\reset.bat

3.4 取得GC信息

JVM虚拟机提供了许多参数帮助开发人员获取GC信息。

获取一段简要的GC信息，可以使用 -verbose:gc 或者 -XX:+PrintGC。它们的输出如下：

[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs]
[Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

这段输出，显示了GC前的堆栈情况以及GC后的堆栈大小和堆栈的总大小。

如果要获得更加详细的信息， 可以使用 -XX:+PrintGCDetails。示例输出：

[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]

它不仅包含了GC的总体情况，还分别给出了新生代、老年代以及永久区各自的GC信息，以及GC的消耗时间。

如果想要在GC发生的时刻打印GC发生的时间，则可以追加使用-XX:+PrintGCTimeStamps选项。因此，可以知道GC的频率和间隔。打印输出如下：

11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]

如果需要查看新生对象晋升老年代的实际阈值， 可以使用参数 -XX:+PrintTenuringDistribution 。

如果需要在GC时打印详细的堆信息，则可以打开 -XX:+PrintHeapAtGC 开关。

如果需要查看GC与实际程序相互执行的耗时， 可以使用 -XX:+PrintGCApplicationtStoppedTime 和 -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime参数。它们将分别显示应用程序在GC发生时的停顿时间和应用程序在GC停顿期间的执行时间。它们的输出如下：

Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds
Application time: 0.5291524 seconds

为了能将以上的输出信息保存到文件，可以使用 -Xloggc 参数指定GC日志的输出位置。 如 -Xloggc:C:\gc.log。

3.5 类和对象跟踪

JVM 还提供了一组参数用于获取系统运行时的加载、卸载类的信息。

-XX:+TraceClassLoading 参数用于跟踪类加载情况，-XX:+TraceClassUnloading 用于跟踪类卸载情况。如果需要同时跟踪类的加载和卸载信息，可以同时打开这两个开关，也可以使用 -verbose:class 参数。

除了类的跟踪， JVM 还提供了 -XX:+PrintClassHistogram 开关用于打印运行时实例的信息。 当此开关被打开时，  当Ctrl+Break 被按下， 会输出系统内类的统计信息。

...
 4: 990 23760 java.lang.String
...

从左到右，依次是 序号、实例数量、总大小和类名等信息。

3.6 控制GC

-XX:+DisableExplicitGC 选项用于禁止显式的GC操作， 即禁止在程序中使用System.gc() 触发Full GC。

-Xnoclassgc 参数用于禁止系统进行类的回收， 即系统不会卸载任何类，进而提升GC的性能。

-Xincgc 参数，一旦启用这个参数，系统便会进行增量式的 GC，增量式的GC使用特定算法让GC线程和应用程序线程交叉执行，从而减小应用程序因GC而产生的停顿时间。

3.7 选择类校验器

为确保class文件的正确和安全，JVM需要通过类校验器对class文件进行验证。目前，JVM中有两套校验器。

在JDK1.6中默认开启新的类校验器，加速类的记载， 可以使用 -XX:-UseSplitVerifier 参数指定使用旧的类校验器（注意是关闭选项）。如果新的校验器校验失败，可以使用老的校验器再次校验。可以使用开关 -XX:-FailOverToOldVerifier关闭再次校验的功能。

3.8 Solaris下线程控制

在solaris下，JVM提供了几个用于线程控制的开关：

  • -XX:+UseBoundTreads: 绑定所有用户线程到内核线程， 减少线程进入饥饿状态的次数 。
  • -XX:+UserLWPSynchronization: 使用内核线程替换线程同步 。
  • -XX:+UserVMInterruptibleIO: 允许运行时中断线程。

3.9 使用大页

对同样大小的内存空间， 使用大页后， 内存分页的表项就会减少， 从而可以提升CPU从虚拟内存地址映射到物理内存地址的能力。 在支持大页的操作系统中，使用JVM参数让虚拟机使用大页，从而提升系统性能。

  • -XX:+UserlargePages: 启用大页。

  • -XX:LargePageSizeInBytes: 指定大页的大小。

3.10 压缩指针

在64位虚拟机上， 应用程序所占内存的大小要远远超出其32位版本(约1.5 倍左右)。这是因为64位系统拥有更宽的寻址空间， 与32位系统相比，指针对象的长度进行了翻倍。为了解决这个问题，64位的JVM虚拟机可以使用 -XX:+UseCompressedOops 参数打开指针压缩，从一定程度上减少内存的消耗，可以对以下指针进行压缩：

  • Class的属性指针（静态成员变量）
  • 对象的属性指针
  • 普通对象数组的每个元素指针

虽然压缩指针可以节省内存，但是压缩和解压指针也会对JVM造成一定的性能损失。

4.实战JVM调优

4.1 Tomcat启动加速

使用 startup.bat 启动Tomcat 服务器时，start.bat  调用了bin 目录下的calalina.bat 文件。 如果需要配置 Tomcat的JVM参数，可以将参数写入 catalina.bat 中。打开 catalina.bat，可以看到：

这段说明显示，配置环境变量CATALINA_OPTS或者JAVA_OPTS都可以设置Tomcat的JVM优化参数。根据说明建议，类似堆大小、GC日志和 JMX 端口等推荐配置在 CATALIN_OPTS 中。

获取GC信息可以加入：

set CATALINA_OPTS=-Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails

为了减少Minor GC的次数， 增大新生代：

set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -Xmx32M -Xms32M

禁用显示GC：

set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -XX:+DisableExplicitGC

在堆内存不变的前提下，为了能进一步减少Minor GC的次数，可以扩大新生代的大小：

set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -XX:NewRation=2

为了加快Minor GC的速度，在多核计算机上可以考虑使用新生代并行回收收集器，加快Minor GC 的速度：

set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -XX:+UseParallelGC

由于JVM虚拟机在加载类时，处于完全考虑，会对Class进行校验和认证，如果类文件是可信任的， 为了加快程序的运行速度，也可以考虑禁用这些效应：

set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -Xverify:none

4.2 JMeter介绍和使用

JMeter是Apache 下基于Java 的一款性能测试和压力测试工具。它基于Java 开发，可对HTTP 服务器和FTP服务器，甚至是数据库进行压力测试。

下载地址：http://jmeter.apache.org/download_jmeter.cgi

中文教程：https://www.yiibai.com/jmeter/

1）如何切换中文界面？

编辑/bin/jmeter.properties文件，

找到被注释的#language那一行，更改为 language=zh_CN

2）入门HTTP测试

使用版本：5.0 ，环境：windows

第一步：新建线程组

第二步：配置线程数10，每条线程循环200次。

第三步：配置取样器，这里是HTTP请求。

第四步：配置HTTP请求参数，服务器IP，端口号，路径，HTTP参数等。

第五步：生成测试报告。JMeter提供图形、表格等多种形式的报告，报告有各项参数，包括平均响应时间、错误数和吞吐量。这里是生成聚合报告。

第六步：配置完成后，单机顶部绿色的三角图形，启动，即可进行测试。测试完成后，查看吞吐量那一栏（Throughput）。

3）调优过程示例

为了减少GC次数， 可以使用合理的堆大小和永久区大小。这里将堆大小设置为512MB, 永久区使用32MB, 同时， 禁用显示GC, 并去掉类校验。参数如下：

set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-Xmx512M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-Xms512M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-XX:PermSize=32M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-XX:MaxPermSize=32M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-XX:+DisableExplicitGC"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-Xverify:none"

为了进一步提高系统的吞吐量， 可以尝试使用并行回收收集器代替串行收集器。

set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-Xmx512M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-Xms512M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-XX:PermSize=32M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-XX:MaxPermSize=32M"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-XX:+DisableExplicitGC"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% "-Xverify:none"
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -XX:+UseParallelGC
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -XX:+UseParallelOldGC
set CATALINA_OPTS=%CATALINA_OPTS% -XX:ParallelGCThreads=8

总结一下 JVM调优的主要过程有： 确定堆内存大小(-Xmx, -Xms)、合理分配新生代和老生代(-XX:NewRation, -Xmn, -XX:SurvivorRatio)、确定永久区大小： -XX:Permsize, -XX:MaxPermSize、选择垃圾收集器、对垃圾收集器进行合理的设置，除此之外，禁用显示GC（-XX:+DisableExplicitGC）, 禁用类元数据回收(-Xnoclassgc), 禁用类验证(-Xverfy:none)等设置， 对提升系统性能也有一定的帮助。

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