JVM--内存调优

什么是虚拟机参数配置

在虚拟机运行的过程，如果可以跟踪系统的运行状态，那么对于问题的故障排查会有一定的帮助，为此，虚拟机提供了一些跟踪系统状态的参数，使用给定的参数执行Java虚拟机，就可以在系统运行时打印相关的日志，用于分析实际的问题，我们进行虚拟机的参数的设置，其实就是围绕着堆，栈，方法区进行配置的。

常见的堆的参数配置

• -XX：+PrintGC
  每次触发GC的时候打印相关的日志
• -XX：-UseSerialGC
  串行回收（规定的垃圾收集器的策略）
• -XX：+PrintGCDetails
  更详细的GC日志
• -Xms
  堆的初始值
• -Xmx
  堆的最大的可用值
• -Xmn
  新生代堆最大可用值
• -XX:SurvivorRatio
  用来设置新生代中eden空间和from/to空间的比例

含以-XX：SurviorRatio=eden/(from+to)
总结：
在实际的工作种，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候的垃圾回收次数，从而提高效率

举例说明，下面是我们没有设置JVM相关参数的代码，以及输出后的结果

package com.xiyou.jvm;

import java.text.DecimalFormat;

public class Demo1 {

    /**
     * 该函数的作用是格式化处理内存大小，将kb转换成M
     * @param maxMemory
     * @return
     */
    static private String toM(long maxMemory){
        float num = (float) maxMemory / (1024 * 1024);
        // 格式化小数
        DecimalFormat df = new DecimalFormat("0.00");
        // 返回String类型
        String s = df.format(num);
        return s;
    }

    public static void main(String[] args) {
        byte[] bytes01 = new byte[1*1024*1024];
        System.out.println("分配了1M内存");
        jvmInfo();
        byte[] bytes02 = new byte[4*1024*1024];
        System.out.println("分配了4M内存");
        jvmInfo();
    }

    public static void jvmInfo(){
        // 最大内存配置信息
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        System.out.println("maxMemory: " + maxMemory + ", " + toM(maxMemory) + "M");
        // 当前空闲内存
        long freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory();
        System.out.println("freeMemory: " + freeMemory + ", " + toM(freeMemory) + "M");
        // 已经使用的内存
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        System.out.println("totalMemory: " + totalMemory + ", " + toM(totalMemory) + "M");
    }
}

如上面的代码所示，我们在没有规定堆内存的时候，打印了最大内存，空闲内存，已经使用的内存

• 最大内存：

Runtime.getRuntime().maxMemory();

• 空闲内存：

Runtime.getRuntime().freeMemory();

• 已经使用的内存：

Runtime.getRuntime().totalMemory();

上面代码的打印结果如下：

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:12163', transport: 'socket'
分配了1M内存
maxMemory: 1881145344, 1794.00M
freeMemory: 123128344, 117.42M
totalMemory: 128974848, 123.00M
分配了4M内存
maxMemory: 1881145344, 1794.00M
freeMemory: 118934024, 113.42M
totalMemory: 128974848, 123.00M
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:12163', transport: 'socket'

Process finished with exit code 0

通过上面的结果可以看到
（1）不去配置堆内存的时候本机默认是1784M堆内存
（2）已经使用的内存totalMemory无论分配多少M结果都是123M，原因是打印的太快了，其实内存已经改变了，只不过没有记录出来。

下面是我们设置了虚拟机参数后的代码和输出结果

• 我们设置以下参数：
  （1）-Xms5m：堆的初始内存大小是5M
  （2）-Xmx20m：堆的最大可用值是20m
  （3）-XX：PrintGCDetails：打印更详细的GC日志
  （4）-XX：+UserSerialGC：串行回收
  （5）-XX：+PrintCommandLineFlags：打印出已经被用户或者JVM设置过的详细的XX参数的名称和值
• 将这些参数进行设置
  
• 代码不做改变，和上面的代码一致
• 结果如下：

-XX:InitialHeapSize=5242880 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseSerialGC 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 1653K->192K(1856K), 0.0011658 secs] 1653K->619K(5952K), 0.0011940 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
分配了1M内存
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 1856K->108K(1856K), 0.0015049 secs] 2283K->1745K(5952K), 0.0015222 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
maxMemory: 20316160, 19.38M
freeMemory: 3955424, 3.77M
totalMemory: 6094848, 5.81M
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 452K->128K(1856K), 0.0004677 secs][Tenured: 1743K->1871K(4096K), 0.0015799 secs] 2089K->1871K(5952K), [Metaspace: 4003K->4003K(1056768K)], 0.0020839 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
分配了4M内存
maxMemory: 20316160, 19.38M
freeMemory: 4215384, 4.02M
totalMemory: 10358784, 9.88M
Heap
 def new generation   total 1920K, used 49K [0x00000000fec00000, 0x00000000fee10000, 0x00000000ff2a0000)
  eden space 1728K,   2% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fec0c670, 0x00000000fedb0000)
  from space 192K,   0% used [0x00000000fedb0000, 0x00000000fedb0000, 0x00000000fede0000)
  to   space 192K,   0% used [0x00000000fede0000, 0x00000000fede0000, 0x00000000fee10000)
 tenured generation   total 8196K, used 5967K [0x00000000ff2a0000, 0x00000000ffaa1000, 0x0000000100000000)
   the space 8196K,  72% used [0x00000000ff2a0000, 0x00000000ff873dc8, 0x00000000ff873e00, 0x00000000ffaa1000)
 Metaspace       used 4009K, capacity 4646K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 449K, capacity 462K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 0

通过上面我们可以看到GC进行了三次，当我们设置将Xmx和Xms相等的时候，就是最大的堆内存和初始的堆内存大小一样的时候

-XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseSerialGC 
分配了1M内存
maxMemory: 20316160, 19.38M
freeMemory: 16475232, 15.71M
totalMemory: 20316160, 19.38M
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 3750K->640K(6144K), 0.0020843 secs] 3750K->1871K(19840K), 0.0025898 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
分配了4M内存
maxMemory: 20316160, 19.38M
freeMemory: 14101752, 13.45M
totalMemory: 20316160, 19.38M
Heap
 def new generation   total 6144K, used 4892K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff2a0000, 0x00000000ff2a0000)
  eden space 5504K,  77% used [0x00000000fec00000, 0x00000000ff0273b0, 0x00000000ff160000)
  from space 640K, 100% used [0x00000000ff200000, 0x00000000ff2a0000, 0x00000000ff2a0000)
  to   space 640K,   0% used [0x00000000ff160000, 0x00000000ff160000, 0x00000000ff200000)
 tenured generation   total 13696K, used 1231K [0x00000000ff2a0000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 13696K,   8% used [0x00000000ff2a0000, 0x00000000ff3d3cf8, 0x00000000ff3d3e00, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 4010K, capacity 4646K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 449K, capacity 462K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 0

可以看到只进行了一次GC操作。这就是验证了我们上面所说：

重要

• 当设置最大堆内存和初始化堆内存一致的时候，垃圾回收阶段最少。
• 堆的初始值越小，垃圾回收的次数越多。为了调优应该让Xmx和Xms的大小设置的一致。

设置新生代与老年代的回收比例进行调优

上面我们讲到了减少垃圾回收次数进行调优，这里我们再讲解一个调优策略------设置新生代与老年代的回收比例进行调优。使得垃圾回收机制经常去新生代进行回收

• 新生代与老年代的比例是1/3或者1/4，新生代较小的话，垃圾回收机制就会经常回收新生代，因为新生代内存不足，需要GC。
• 这里我们接收几个比较重要的参数：
  （1）-XX：SurvivorRatio 用来设置新生代中eden和from+to空间的比例（可以理解为eden/(to+from）)
  （2）-Xmn：设置新生代的大小，一般设为整个堆的1/3或者1/4左右
  （3）-XX：NewRatio：就是老年代和新生代的比例，该参数=老年代/新生代（尽量让垃圾回收发生在新生代而不是老年代，所以一般新生代都要比老年代小）

内存溢出

我们内存的溢出经常指的是栈内存溢出和堆内存溢出

• 栈内存溢出：
  （1）栈内存溢出指的是无限递归调用
  （2）注意一点，无限循环调用不是栈溢出。
  （3）错误：java.lang.StackOverflowError
  （4）解决方法：-Xss5m设置最大的调用深度
  （5）栈内存例子：

package com.xiyou.jvm;

/**
 * 栈内存溢出的例子
 */
public class Demo2 {
    private static int count;
    public static void count(){
        try {
            count++;
            // 无限递归，没有终止条件
            count();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("最大深度:"+count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        count();
    }

}

输出结果

最大深度:12298
java.lang.StackOverflowError
	at sun.misc.Unsafe.compareAndSwapLong(Native Method)
	at java.util.concurrent.ConcurrentHashMap.addCount(ConcurrentHashMap.java:2259)
	at java.util.concurrent.ConcurrentHashMap.putVal(ConcurrentHashMap.java:1070)
	at java.util.concurrent.ConcurrentHashMap.putIfAbsent(ConcurrentHashMap.java:1535)
	at java.lang.ClassLoader.getClassLoadingLock(ClassLoader.java:463)
	at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:404)
	at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:411)
	at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:335)
	at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
	....

• 堆内存溢出：
  （1）错误：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  （2）解决方案：设置堆内存大小 -Xms1m -Xmx10m（设置初始的堆内存大小和最大的可用堆内存大小，这里只是举个例子，并不是一定要设置这么大）
  （3）堆内存溢出例子：

package com.xiyou.jvm;

import java.text.DecimalFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo3
{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Object> list = new ArrayList<>();
        Thread.sleep(3000);
        jvmInfo();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            System.out.println("i:"+i);
            Byte [] bytes=	new Byte[1*1024*1024];
            list.add(bytes);
            jvmInfo();
        }
        System.out.println("添加成功...");
    }
    /**
     * 该函数的作用是格式化处理内存大小，将kb转换成M
     * @param maxMemory
     * @return
     */
    static private String toM(long maxMemory){
        float num = (float) maxMemory / (1024 * 1024);
        // 格式化小数
        DecimalFormat df = new DecimalFormat("0.00");
        // 返回String类型
        String s = df.format(num);
        return s;
    }
    public static void jvmInfo(){
        // 最大内存配置信息
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        System.out.println("maxMemory: " + maxMemory + ", " + toM(maxMemory) + "M");
        // 当前空闲内存
        long freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory();
        System.out.println("freeMemory: " + freeMemory + ", " + toM(freeMemory) + "M");
        // 已经使用的内存
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        System.out.println("totalMemory: " + totalMemory + ", " + toM(totalMemory) + "M");
    }
}

结果：

(输出堆未溢出的时候的内存)
.....
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.xiyou.jvm.Demo3.main(Demo3.java:15)

总结：

1. 减少垃圾回收次数可以进行JVM调优
   （1）设置最大堆内存大小（Xmx）和堆内存初始大小一致（Xms），Xms越小，垃圾回收次数越多。
2. 尽量让GC发生在新生代
   （1）-Xmn：设置新生代的大小，一般为整个堆的1/3 1/4
   （2）-XX：SurvivorRatio=eden/(to+from）
   （3）-XX：NewRatio = 老年代/新生代
   总而言之我们希望通过设置达到以下要求：
   （1）GC的时间足够小
   （2）GC的次数足够少
   （3）发生Full GC（新生代和老年代）的周期足够长
   但是我们（2）和（1）是不能同时成立的。要想GC时间少，就必须有个更小的堆，要想GC次数足够少，就需要一个更大的堆，并且（3）我们无法给出明确的指标，所以我们通常在生产环境上按照上面说明的几点设计就好。