jvm分析&调优

在平时的java开发工作中，特别是将应用部署到服务器之后，经常会出现各种各样的问题，例如内存泄漏、死锁、CPU飙高等。下面我们就来学习掌握一些工具来分析到底是哪里出了问题，做到及时定位问题、有效解决问题。

cpu占用过高排查思路

top 查看占用cpu的进程 pid

top -Hp pid 查看进程中占用cpu过高的线程id tid

printf '%x/n' tid 转化为十六进制

jstack pid |grep tid的十六进制 -A 30 查看堆栈信息定位

jvm old区占用过高排查思路

top查看占用cpu高的进程

jstat -gcutil pid 时间间隔查看gc状况

jmap -dump:format=b,file=name.dump pid 导出dump文件

用jvisualVM分析dump文件

一、空间查看

1.1 磁盘空间

df --help 查看命令使用帮助说明


df -h #查看磁盘空间大小

du -sh #查看当前文件夹所有文件大小

du -h /home #查看指定文件夹大小

du -h /home/ #查看指定文件夹下所有文件的大小

du -h login.log #查看指定文件大小

df /home #查看目录挂载点

df /home -kh #加上-kh以g单位显示

du -sh ./* #统计当前目录各文件夹大

du /home/ -h --max-depth=1 #查看home文件夹下文件大小

1.2 内存空间

free [options]，默认情况下，即在没有选项的情况下，"free"命令显示内存的使用信息。默认按照k（b）的计数单位统计。

free -b/k/m/g/h ( free -h：以适于人类可读方式显示内存信息。-h与其他命令最大不同是-h选项会在数字后面加上适于人类可读的单位)

free -s N：表示每隔n秒打印一次内存信息，直到用ctrl+c结束

free -c N：表示重复打印内存信息n次

free -hs N： 以人类可读的方式，每隔ns打印一次内存信息，直到ctrl+c结束

free -s N -c M：每隔n秒打印一次内存信息，共打印m次

total：表示总计物理内存的大小。

used：表示已使用多少。

free：表示可用内存多少。

Shared：表示多个进程共享的内存总额。

Buffers/cached：表示磁盘缓存的大小。

二、进程确定

2.1 查看比较耗内存的进程

top //shift+m 按内存占用比排序

参数含义

第一行：
21:31:22 当前系统时间
up 16 days, 6:03 系统已经运行了16天6小时03分钟（在这期间没有重启过）
2 users 当前有2个用户登录系统
load average: 0.03, 0.06, 0.05 load average后面的三个数分别是1分钟、5分钟、15分钟的负载情况。load average数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后按特定算法计算出的数值。如果这个数除以逻辑 CPU的数量，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。

第二行： Tasks 任务（进程）
系统现在共有87个进程，其中 running（运行） 2个，sleep（休眠）85 个，stopped 0个，zombie（僵尸） 1个。

第三行：cpu状态
2.7% us 用户空间占用CPU的百分比。
3.0% sy 内核空间占用CPU的百分比。
0.0% ni 改变过优先级的进程占用CPU的百分比
94.4% id 空闲CPU百分比
0.0% wa IO等待占用CPU的百分比
0.0% hi 硬中断（Hardware IRQ）占用CPU的百分比
0.0% si 软中断（Software Interrupts）占用CPU的百分比

第四行：内存状态
1014864k total 物理内存总量（991M）
80320k free 空闲内存总量（79M）
753356k used 使用中的内存总量（735M）
179808k buffers/cached 缓存的内存量（175M）

使用中的内存总量（used）指的是现在系统内核控制的内存数，空闲内存总量（free）是内核还未纳入其管控范围的数量。纳入内核管理的内存不见得都在使用中，还包括过去使用过的现在可以被重复利用的内存，内核并不把这些可被重新使用的内存交还到free中去，因此在linux上free内存会越来越少，但不用为此担心。

如果出于习惯去计算可用内存数，这里有个近似的计算公式：第四行的free + 第四行的buffers + 第五行的cached，按这个公式此台服务器的可用内存： 79 +175 + 99 = 353M。

对于内存监控，在top里我们要时刻监控第五行swap交换分区的used，如果这个数值在不断的变化，说明内核在不断进行内存和swap的数据交换，这是真正的内存不够用了。

第五行：swap交换分区
0k total 交换区总量（0M）
0k used 使用的交换区总量（0M）
0k free 空闲交换区总量（0M）
101588k avail Mem 缓冲的交换区总量（99M）

第七行以下：各进程（任务）的状态监控
PID 进程id
USER 进程所有者
PR 进程优先级
NI nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级
VIRT 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES
RES 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA
SHR 共享内存大小，单位kb
S 进程状态。D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程
%CPU 上次更新到现在的CPU时间占用百分比
%MEM 进程使用的物理内存百分比
TIME+ 进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒
COMMAND 进程名称（命令名/命令行）

2.2 查看java进程

1.jps:虚拟机进程状况工具

jps主要用来输出JVM中运行的进程状态信息。语法格式如下：
jps [options] [hostid]

第一个参数：options
   -q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数
   -m 输出传入main方法的参数
   -l 输出main类或Jar的全限名
   -v 输出传入JVM的参数

第二个参数：hostid
主机或者是服务器的id，如果不指定，就默认为当前的主机或者是服务器。

2.ps -ef|grep tomcat 或者 ps -aux|grep tomcat

三、jvm 性能监控工具
工具主要是为了解决问题而生的，就是由于我们的程序存在着一些性能问题，才有了这些工具。其实当我们在下载完成JDK，里面就包含了一些性能检测工具，在JDK安装目录下有很多性能监控工具。

jps：虚拟机进程状况工具
jstat：虚拟机统计信息监视工具
jmap：Java内存印象工具
jhat：虚拟机堆转储快照分析工具
jstack：Java堆栈跟踪工具
jinfo：Java配置信息工具

1、jps:虚拟机进程状况工具
jps主要用来输出JVM中运行的进程状态信息。语法格式如下：
jps [options] [hostid]
第一个参数：options
-q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数
-m 输出传入main方法的参数
-l 输出main类或Jar的全限名
-v 输出传入JVM的参数
第二个参数：hostid
主机或者是服务器的id，如果不指定，就默认为当前的主机或者是服务器。

2、jstack：堆栈跟踪工具
jstack用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。语法格式如下：
jstack [option] vmid
第一个参数：option
第二个参数：vmid
vmid是Java虚拟机ID，在Linux/Unix系统上一般就是进程ID。

3、jstat:虚拟机统计信息监控工具
jstat监视虚拟机各种运行状态信息，可以显示本地或者是远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。语法格式如下：
jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval] [count]] ]
第一个参数：generalOption | outputOptions
这个参数表示的option，代表着用户希望查询的虚拟机信息，分为类加载、垃圾收集、运行期编译状况3类。
第二个参数：vmid
vmid是Java虚拟机ID，在Linux/Unix系统上一般就是进程ID。
第三个参数：interval
interval是采样时间间隔，
第四个参数：count
count表示的是采样数。

4、jinfo：实时地查看和调整虚拟机各项参数
命令格式:
jinfo [option] pid
第一个参数：option
第二个参数：pid
指定显示的进程id。

5、jmap：生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件）
jmap（Memory Map for Java，内存映像工具），用于生成堆转存的快照，一般是heapdump或者dump文件。如果不适用jmap命令，可以使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数，当虚拟机发生内存溢出的时候可以产生快照。或者使用kill -3 pid也可以产生。jmap的作用并不仅仅是为了获取dump文件，它可以查询finalize执行队列，java堆和永久代的详细信息，如空间使用率，当前用的哪种收集器。命令格式如下：
jmap [option] vmid
第一个参数：
第二个参数：vmid
vmid是Java虚拟机ID，在Linux/Unix系统上一般就是进程ID.

6、jhat：分析内存转储快照，不推荐使用，而且慢
由于这个工具功能比较简陋，运行起来也比较耗时，所以这个工具不推荐使用，推荐使用MAT。

7、JConsole：JMX的可视化管理工具
这个工具相比较前面几个工具，使用率比较高，很重要。它是一个java GUI监视工具，可以以图表化的形式显示各种数据。并可通过远程连接监视远程的服务器VM。用java写的GUI程序，用来监控VM，并可监控远程的VM，非常易用，而且功能非常强。
在cmd里面输入 jconsole，选则进程就可以了。（前提是在IDE工具先建立一个线程运行着）
然后我们选择了相应的选项之后，进入这个工具就会出现下面这个界面
在上面有菜单，我们可以选择其中一个进行查看，就可以了，这个用具用起来很方便，也是我之前用的比较多的工具。

8、VisualVM：多合一故障管理工具
这个工具也很牛bility。它同jconsole都是一个基于图形化界面的、可以查看本地及远程的JAVA GUI监控工具，Jvisualvm同jconsole的使用方式一样，直接在命令行打入jvisualvm即可启动，jvisualvm界面更美观一些，数据更实时。

四、jvm调优

4.1 配置参数

在tomcat/bin/catalina.sh的配置开始位置添加：

JAVA_OPTS="-Djava.awt.headless=true -XX:+PrintGCDetails -Dfile.encoding=UTF-8 -server -Xms128m -Xmx512m -XX:NewSize=1m -XX:MaxNewSize=256m -XX:MetaspaceSize=64m -XX:MaxMetaspaceSize=256m"

参数说明：

-Xms	初始堆的分配大小，默认为物理内存的六十四分之一
-Xmx	堆的最大分配大小（默认为物理内存的四分之一）,在实际工作中，可以直接将初始的堆大小与最大堆大小相等，减少程序运行时垃圾回收的次数，提高效率。如：-Xms512m -Xmx512m
-Xmn	新生代堆最大可用值（默认为堆内存的64分之一）
-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize	用于设置年轻代的大小，建议设为整个堆大小的1/3或者1/4,两个值设为一样大。
-XX:+PrintGC	每次触发GC的时候打印相关日志
-XX:+PrintGCDetails	打印详细的GC日志
-XX:+UseSerialGC	串行回收
-XX:SurvivorRatio 含以-XX:SurvivorRatio=eden/from=den/to	用来设置新生代中rom:to:eden空间的比例 (默认1:1:8，即-XX:SurvivorRatio=8）在实际工作中，我们可以直接将初始的堆大小与最大堆大小相等，这样的好处是可以减少程序运行时垃圾回收次数，从而提高效率。
-XX:NewRatio	设置年轻代和年老代的比值（默认为2）。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
-Xss	每个线程堆栈的大小。一般情况下256K是足够了，会影响此进程中并发线程数大小。

JVM参数调优总结
在JVM启动参数中，可以设置跟内存、垃圾回收相关的一些参数设置，默认情况不做任何设置JVM会工作的很好，但对一些配置很好的Server和具体的应用必须仔细调优才能获得最佳性能。通过设置我们希望达到一些目标：

GC的时间足够的小
GC的次数足够的少
发生Full GC的周期足够的长

前两个目前是相悖的，要想GC时间小必须要一个更小的堆，要保证GC次数足够少，必须保证一个更大的堆，我们只能取其平衡。

针对JVM堆的设置，一般可以通过-Xms -Xmx限定其最小、最大值，为了防止垃圾收集器在最小、最大之间收缩堆而产生额外的时间，我们通常把最大、最小设置为相同的值。
年轻代和年老代将根据默认的比例（1：2）分配堆内存，可以通过调整二者之间的比率NewRadio来调整二者之间的大小，也可以针对回收代，比如年轻代，通过 -XX:newSize -XX:MaxNewSize来设置其绝对大小。同样，为了防止年轻代的堆收缩，我们通常会把-XX:newSize -XX:MaxNewSize设置为同样大小

年轻代和年老代设置多大才算合理？这个我问题毫无疑问是没有答案的，否则也就不会有调优。我们观察一下二者大小变化有哪些影响：

更大的年轻代必然导致更小的年老代，大的年轻代会延长普通GC的周期，但会增加每次GC的时间；
小的年老代会导致更频繁的Full GC，更小的年轻代必然导致更大年老代，小的年轻代会导致普通GC很频繁，但每次的GC时间会更短；大的年老代会减少Full GC的频率。
如何选择应该依赖应用程序对象生命周期的分布情况：如果应用存在大量的临时对象，应该选择更大的年轻代；如果存在相对较多的持久对象，年老代应该适当增大。

但很多应用都没有这样明显的特性，在抉择时应该根据以下两点：（A）本着Full GC尽量少的原则，让年老代尽量缓存常用对象，JVM的默认比例1：2也是这个道理（B）通过观察应用一段时间，看其他在峰值时年老代会占多少内存，在不影响Full GC的前提下，根据实际情况加大年轻代，比如可以把比例控制在1：1。但应该给年老代至少预留1/3的增长空间。

4.2 怎么样避免发生内存泄露和溢出

a、尽早释放无用对象的引用
b、使用字符串处理，避免使用String，应大量使用StringBuffer，每一个String对象都得独立占用内存一块区域
c、尽量少用静态变量，因为静态变量存放在永久代（方法区），永久代基本不参与垃圾回收
d、避免在循环中创建对象
e、开启大型文件或从数据库一次拿了太多的数据很容易造成内存溢出，所以在这些地方要大概计算一下数据量的最大值是多少，并且设定所需最小及最大的内存空间值。