【JVM】GC调优（优化JVM参数）、性能调优

GC调优

GC调优的主要目标是避免由垃圾回收引起程序性能下降。

GC调优的核心指标

  1. 垃圾回收吞吐量：执行用户代码时间/（执行用户代码时间 + GC时间）
  2. 延迟：GC延迟 + 业务执行时间
  3. 内存使用量

GC调优步骤

  1. 发现问题：通过监控工具。
  2. 诊断问题：通过分析工具。
  3. 修复问题：调整JVM参数或修复源代码。
  4. 测试验证

GC调优发现问题的工具

  1. jstat：jdk自带的可以提供垃圾回收的信息。 jstat -gc 进程ID 每次统计的间隔（毫秒） 统计次数。
  2. Visualvm插件：Visual GC插件，实时监控Java进程的堆内存结构、堆内存变化趋势以及垃圾回收时间的变化趋势。适合开发环境，对程序有影响，生产环境无权限。
  3. Prometheus + Grafana：非常详细，环境复杂，运维搭建。

分析GC日志

  1. GCViewer：日志转为可视化图表 java -jar gcviewer_1.3.4.jar 日志文件.log

https://github.com/chewiebug/GCViewer

  1. GCEasy：在线的可视化工具图表

https://gceasy.io/

常见的GC模式

  1. 正常情况
  2. 缓存对象过多
  3. 内存泄漏
  4. 持续的FullGC：请求量激增，生产更多对象，gc无法跟上对象创建速率。
  5. 元空间不足：堆中内存足够
图片1

GC调优的手段

  1. 优化基础JVM参数：基础JVM参数的设置不当，会导致频繁FULLGC的产生。
  2. 减少对象产生：大多数场景下的FULLGC是由于对象产生速度过快导致的。
  3. 更换垃圾回收器：选择适合当前业务场景的垃圾回收器，减少延迟、提高吞吐量。
  4. 优化垃圾回收器参数：

优化基础JVM参数

堆、栈、元空间、垃圾回收器、堆内存快照、日志

  1. -Xmx 和 –Xms 最大堆内存、初始堆内存。根据最大并发量估算服务器的配置，然后再减去系统和其他程序所需的内存。建议一样大，减少申请内存次数。
  2. -XX:MaxMetaspaceSize 和 -XX:MetaspaceSize 最大元空间大小、第一次FULLGC的阈值（之后JVM自行计算）。
  3. -Xss 虚拟机栈大小。默认大小取决于操作系统和体系结构。Linux x86 1m。合理值256k~1m。
  4. 不建议手动设置。
    1. -Xmn 年轻代的大小，默认值为整个堆的1/3。G1会动态调整年轻代大小。
    2. -XX:SurvivorRatio 伊甸园区和幸存者区的大小比例，默认值为8。
    3. -XX:MaxTenuringThreshold 最大晋升阈值，年龄大于此值，会进入老年代。JVM有动态年龄判断机制：将年龄从小到大的对象占据的空间加起来，如果大于survivor区域的50%，把等于或大于该年龄的对象，放入到老年代。
  5. 其他参数
    1. -XX:+DisableExplicitGC 禁止在代码中使用System.gc()，因为可能会引起FULLGC。
    2. -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 发生OOM错误时，自动生成hprof内存快照文件。
    3. -XX:HeapDumpPath= 指定hprof文件的输出路径。
    4. 打印GC日志：8及之前： -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:文件路径
    5. 打印GC日志：9及之后： -Xlog:gc*:file=文件路径

JVM参数模板

-Xms1g
-Xmx1g
-Xss256k
-XX:MaxMetaspaceSize=512m 
-XX:+DisableExplicitGC-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=/opt/logs/my-service.hprof-XX:+PrintGCDetails 
-XX:+PrintGCDateStamps 
-Xloggc:文件路径

实战

保存hprof文件，Heap Hero分析文件

https://heaphero.io/

性能调优

问题：top命令CPU占用率高；单个服务处理时间特别长；程序启动后正常，一段时间后无法处理任何请求。

线程转储

线程转储（Thread Dump）提供了对所有运行中的线程当前状态的快照。

jstack 进程id
jstack 进程id > 文件名  # 导出线程栈文件

线程转储的可视化在线分析平台： 1、 https://jstack.review/ 2、 https://fastthread.io/

CPU占用率高

  1. 通过top命令找到进程和线程。
  2. 使用jstack打印线程快照。
  3. 找到线程快照正在执行的方法，并优化性能。
top -c #找到进程id
top -p 进程id #再摁H可以查看进程的线程
jstack 进程id #查看栈信息
printf ‘%x\n’ #通过16进制，在文件中查看线程信息（文件中线程id是16进制）
# 找到栈信息中源代码位置

关注状态为RUNNABLE的线程。一些线程执行本地方法时并不会消耗CPU，只是在等待。但 JVM 仍然会将它们标识成“RUNNABLE”状态。

接口响应时间长

方法1：通过arthas的trace和watch命令，监控方法的执行耗时和参数、返回值等信息，定位性能瓶颈，并优化性能。

  1. trace 类名 方法名
  2. --skipJDKMethod false 输出JDK核心包中的方法及耗时。
  3. ‘#cost > 毫秒值’ 。
  4. –n 数值 ，最多显示该数值条。
  5. stop结束监控，重置arthas增强的对象。

方法2：通过arthas的profile火焰图功能，找到火焰图中顶部较平的方法，一般就是性能问题产生的根源，并优化性能。

  1. 使用了for循环向ArrayList中添加数据。ArrayList扩容需要copyof复制老到新的数组。

线程不可用、死锁

死锁或时间长：通过jstack、visualvm、fastthread.io 等工具，找到线程死锁的原因，解决死锁问题。

使用线程快照生成工具就可以看到死锁的根源。文件中搜索deadlock

https://fastthread.io/

解决思路：

1、检测是否有死锁产生，无法自动解除的死锁会将线程永远阻塞。

2、如果没有死锁，再使用案例1的打印线程栈的方法检测线程正在执行哪个方法，一般这些大量出现的方法就是慢方法。

判断方法耗时

使用OpenJDK中的jmh基准测试框架对某些特定的方法比如加密算法进行基准测试，jmh可以完全模拟运行环境中的Java虚拟机参数，同时支持预热能通过JIT执行优化后的代码获得更为准确的数据。注意添加黑洞消费，否则会被优化。

官网地址：https://github.com/openjdk/jmhc

Date 和 LocalDateTime

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