1. JVM 调优参数配置的位置

按不同的部署方式，对应的参数配置位置也不同：

  • war 包部署，在 tomcat 中设置
  • jar 包部署，在启动参数设置

1.1. 以 tomcat 方式部署 war 包

war 包部署时，可修改 TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh 文件(linux 系统，若是 windows 系统则是 *.bat) 来设置 vm 参数，如下图，配置 JAVA_OPTS="-Xms512m -Xmx1024m"

1.2. 以 jar 文件部署的 SpringBoot 项目

通常在 linux 系统下直接加参数启动 springboot 项目即可，如：

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nohup java -Xms512m -Xmx1024m -jar xxxx.jar --spring.profiles.active=prod &

命令参数解析：

  • nohup：用于在系统后台不挂断地运行命令，退出终端不会影响程序的运行
  • &：让命令在后台执行，终端退出后命令仍旧执行。

2. 常用的 JVM 调优的参数

对于 JVM 调优，主要是调整年轻代、老年代、元空间的内存空间大小及使用的垃圾回收器类型。

  • Java SE 8 版本 JVM 虚拟机参数设置参考文档地址：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html
  • vm 参数官方文档：https://www.oracle.com/java/technologies/javase/vmoptions-jsp.html

2.1. 内存设置

2.1.1. 设置堆空间大小

为了防止垃圾收集器在初始大小、最大内存之间收缩堆而产生额外的时间，通常把最大、初始大小设置为相同的值。

  • -Xms：设置堆的初始化大小
  • -Xmx：设置堆的最大内存

Tips: 配置时不指定单位默认为字节；指定单位，按照指定的单位设置。

例如：

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# 初始化推大小为 2g
-Xms2g
# 堆最大内存为 2g
-Xmx2g
# 设置为 1024 字节
-Xms:1024
# 设置为 1024 kb
-Xms:1024k
# 设置为 1024 mb
-Xms:1024m

堆空间设置多少合适？

堆的默认最大值是物理内存的 1/4，初始大小是物理内存的 1/64。堆太小，可能会频繁的导致年轻代和老年代的垃圾回收，会产生 STW，暂停用户线程。堆内存大肯定是好的，存在风险，假如发生了 full GC，它会扫描整个堆空间，暂停用户线程的时间长。

设置参考推荐：尽量大，也要考察一下当前计算机其他程序的内存使用情况。

2.1.2. 设置年轻代中 Eden 区和两个 Survivor 区的大小比例

-XXSurvivorRatio 参数用于设置年轻代中 Eden 区和两个 Survivor 区的大小比例。该值如果不设置，则默认比例为 8:1:1。Java 官方通过增大 Eden 区的大小，来减少 YGC 发生的次数，但有时虽然次数减少了，但 Eden 区满的时候，由于占用的空间较大，导致释放缓慢，此时 STW(Stop the world) 的时间较长，因此需要按照程序情况去调优。

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# 表示年轻代中的分配比率：survivor : eden = 2:3
-XXSurvivorRatio=3

# 设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2，具体 Eden : from : to = 8 : 1 : 1
-XX:SurvivorRatio=8

2.1.3. 年轻代和老年代的比例

年轻代和老年代默认比例为 1:2。可以通过调整二者空间大小比率来设置两者的大小。

  • -XX:newSize：设置年轻代的初始大小
  • -XX:MaxNewSize：设置年轻代的最大大小，初始大小和最大大小两个值通常相同
  • -XX:NewRatio：设置年轻代与老年代的比例值

例如：

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# 设置新生代大小
-XX:NewSize=1
# 设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4
-XX:NewRatio=4

2.1.4. 虚拟机栈的设置

虚拟机栈的设置，每个线程默认会开启 1M 的堆栈，用于存放栈帧、调用参数、局部变量等，但一般 256K 就够用。通常减少每个线程的堆栈，可以产生更多的线程，但这实际上还受限于操作系统。-Xss 用于对每个线程 stack 大小的调整。例如：

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-Xss256k

2.1.5. 年轻代（新生代）的内存大小

一般来说，当 survivor 区不够大或者占用量达到 50%，就会把一些对象放到老年区。通过设置合理的 eden 区，survivor 区及使用率，可以将年轻对象保存在年轻代，从而避免 full GC，使用 -Xmn 设置年轻代的大小。

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-Xmn

2.1.6. 大对象分配内存配置

对于占用内存比较多的大对象，一般会选择在老年代分配内存。如果在年轻代给大对象分配内存，年轻代内存不够了，就要在 eden 区移动大量对象到老年代，然后这些移动的对象可能很快消亡，因此导致 full GC。通过设置参数：-XX:PetenureSizeThreshold=1000000，单位为 B，标明对象大小超过 1M 时，在老年代(tenured)分配内存空间。

2.1.7. 年轻代晋升老年代阈值

一般情况下，年轻对象放在 eden 区，当第一次 GC 后，如果对象还存活，放到 survivor 区，此后每 GC 一次，年龄增加 1，当对象的年龄达到阈值，就被放到 tenured 老年区。这个阈值可以通过 -XX:MaxTenuringThreshold 设置：

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# threshold 默认为15，取值范围 0-15
-XX:MaxTenuringThreshold=threshold

如果想让对象留在年轻代，可以设置比较大的阈值。

2.2. 垃圾回收器的配置

2.2.1. 选择垃圾回收器的类型

  • -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，可以尽可能的减少垃圾回收时间。
  • -XX:+UseParallelOldGC：设置老年代使用 ParNew + ParNew Old 组合并行垃圾回收收集器。
  • –XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合。
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC：老年代使用 CMS + Serial Old 垃圾收集器组合，降低停顿。
  • -XX:ParallelGCThreads：设置 Parallel GC 的线程数。
  • -XX:+UseG1GC：使用 G1 垃圾收集器。

2.2.2. GC 打印信息配置

  • -XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息
  • -XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息。
  • -XX:+PrintGCTimeStamps：打印 GC 的时间戳
  • -Xloggc:filename：设置 GC log 文件的位置
  • -XX:+PrintTenuringDistribution：查看熬过收集后剩余对象的年龄分布信息

2.2.3. CMS 垃圾回收器相关

  • -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly、-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：与前者配合使用，指定 MajorGC 的发生时机。
  • -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent：代码调用 System.gc() 开始并行 FullGC，建议加上这个参数。
  • -XX:+CMSScavengeBeforeRemark：表示开启或关闭在 CMS 重新标记阶段之前的清除（YGC）尝试，它可以降低 remark 时间，建议加上。
  • -XX:+ParallelRefProcEnabled：可以用来并行处理 Reference，以加快处理速度，缩短耗时。

2.2.4. G1 垃圾回收器相关

  • -XX:MaxGCPauseMillis：用于设置目标停顿时间，G1 会尽力达成
  • -XX:G1HeapRegionSize：用于设置小堆区大小，建议保持默认。
  • -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent：表示当整个堆内存使用达到一定比例（默认是 45%），并发标记阶段就会被启动。
  • -XX:ConcGCThreads：表示并发垃圾收集器使用的线程数量，默认值随 JVM 运行的平台不同而变动，不建议修改

2.3. 内存分页

尝试使用大的内存分页，增加 CPU 的内存寻址能力，从而系统的性能。

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# 设置内存页的大小
-XX:+LargePageSizeInBytes

2.4. -XX:+UseCompressedOops

当应用从 32 位的 JVM 迁移到 64 位的 JVM 时，由于对象的指针从 32 位增加到了 64 位，因此堆内存会突然增加差不多翻倍，这也会对 CPU 缓存（容量比内存小很多）的数据产生不利的影响。

迁移到 64 位的 JVM 主要动机在于可以指定最大堆大小，通过压缩 OOP 可以节省一定的内存。通过 -XX:+UseCompressedOops 选项，JVM 会使用 32 位的 OOP，而不是 64 位的 OOP。

2.5. 示例：生产环境用的什么JDK？如何配置的垃圾收集器？

例如生产环境使用了 Oracle JDK 1.8，G1 收集器相关配置如下：

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-Xmx12g
-Xms12g
-XX:+UseG1GC
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:MetaspaceSize=256m
-XX:MaxMetaspaceSize=256m
-XX:MaxDirectMemorySize=512m
-XX:G1HeapRegionSize 未指定

核心思路：

  • 每个内存区域设置上限，避免溢出。
  • 堆设置为操作系统的 70% 左右，超过 8G，首选 G1。
  • 根据老年代对象提升速度，调整新生代与老年代之间的内存比例。
  • 等过 GC 信息，针对项目敏感指标优化，比如访问延迟、吞吐量等。

3. 常用的 JVM 调优命令

3.1. jps（虚拟机进程状况工具）

jps：JVM Process Status Tool，列出本机所有正在运行的虚拟机（Java）进程。显示执行主类（Main Class, main() 函数所在的类）的名称，以及进程的本地虚拟机的唯一 ID。

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jps -lvm

常用参数如下：

  • -m 输出虚拟机进程启动时传递给主类 main 方法的参数。
  • -l 输出完整的包名和应用主类名。如果进程执行是 jar 包，输出 jar 路径。
  • -v 输出虚拟机进程启动时 JVM 参数。
  • -q 只输出lvmid，省略主类的名称

3.2. jstack（堆栈跟踪工具）

jstack：查看某个 Java 进程内当前时刻的线程堆栈信息。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因。语法如下：

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jstack [option] vmid

option 选项取值说明：

  • -F 当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈
  • -l 除堆栈外，显示关于锁的额外附加信息
  • -m 如果调用本地方法的花，可以显示 C/C++ 的堆栈

发生死锁时可以使用 jstack -l pid 观察锁持有情况。

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jstack -l 4124 | more

3.3. jstat（虚拟机统计信息工具）

jstat：JVM statistics Monitoring，用于监视虚拟机各种运行状态信息（类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据）。命令语法如下：

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jstat [option vmid [interval[s|ms] [count]] ]

参数说明：

  • option 代表用户希望查询的虚拟机信息，主要分3类：
    • 类装载
    • 垃圾收集
    • 运行期编译状况
  • vmid 虚拟机id
  • interval 查询间隔
  • count 查询次数

Tips: 如果不指定 interval 与 count 此两个参数，就默认查询一次。

3.3.1. option 选项取值说明

  • -class 监视类装载、卸载数量、总空间及类装载锁消耗的时间
  • -gc 监视 Java 堆状况，包括 Eden 区，2 个 survivor 区、老年代
  • -gccapacity 监视内容与 -gc 基本相同，但输出主要关注Java堆各个区域使用的最大和最小空间
  • -gcutil 监视内容与 -gc 基本相同，主要关注已经使用空间站空间百分比
  • -gccause 与 -gcutil 功能一样，但是会额外输出导致上一次 GC 产生的原因
  • -gcnew 监视新生代的 GC 的状况
  • -gcnewcapacity 监视内容与 -gcnew 基本相同，输出主要关注使用到的最大最小空间
  • -gcold 监视老年代的 GC 情况
  • -gcoldcapacity 监控内容与 -gcold 基本相同，主要关注使用到的最大最小空间
  • -compiler 输出 JIT 编译器编译过的方法、耗时等信息

3.3.2. 示例及输出信息说明

  1. 使用参数 -gcuitl 可以查看垃圾回收的统计信息。
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jstat -gcutil 4124

S0 S1 E O M CCS YGC YGCT FGC FGCT GCT
0.00 0.00 67.21 19.20 96.36 94.96 10 0.084 3 0.191 0.275

参数说明：

  • S0： Survivor0 区当前使用比例
  • S1： Survivor1 区当前使用比例
  • E： Eden 区使用比例
  • O：老年代使用比例
  • M：元数据区使用比例
  • CCS：压缩使用比例
  • YGC：年轻代垃圾回收次数
  • FGC：老年代垃圾回收次数
  • FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
  • GCT：垃圾回收消耗总时间
  1. 使用 -gc 参数，查看垃圾回收统计。
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jstat -gc pid

3.4. jmap（内存映像工具）

jmap：JVM Memory Map，查看运行中的堆内存的快照（heap dump 文件），从而可以对堆内存进行离线分析。该命令工具还可以查询 finalize 执行队列，Java 堆和永久代的详细信息，如果空间使用率、当前用的是哪种收集器等。命令语法：

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jmap [option] vmid

option 选项说明：

  • -dump 生成 Java 堆转储快照，其中 live 自参数说明是否只 dump 出存活对象
  • -finalizerinfo 显示在 F -Queue 中等待 Finalizer 线程执行 finalize 方法的对象。只在 Linux/Solaris 平台下有效
  • -heap 显示 Java 堆详细信息，如使用哪种回收器、参数配置、分代状况。
  • -histo 显示堆中对象统计信息、包括类、实例数量和合计容量。
  • -F 当虚拟机进程对 -dump 选项没有响应时，可使用这个选项强制生成 dump 快照。
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jmap -dump:format=b,file=heap.hprof pid
  • format=b 表示以 hprof 二进制格式转储 Java 堆的内存
  • file=<filename> 用于指定快照 dump 文件的文件名

例如：查询进程 53280

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C:\Users\MooN>jmap -heap 53280
Attaching to process ID 53280, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.321-b07

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 8 thread(s)   //并行的垃圾回收器

Heap Configuration:  //堆配置
   MinHeapFreeRatio         = 0   //空闲堆空间的最小百分比
   MaxHeapFreeRatio         = 100  //空闲堆空间的最大百分比
   MaxHeapSize              = 8524922880 (8130.0MB) //堆空间允许的最大值
   NewSize                  = 178257920 (170.0MB) //新生代堆空间的默认值
   MaxNewSize               = 2841640960 (2710.0MB) //新生代堆空间允许的最大值
   OldSize                  = 356515840 (340.0MB) //老年代堆空间的默认值
   NewRatio                 = 2 //新生代与老年代的堆空间比值，表示新生代：老年代=1：2
   SurvivorRatio            = 8 //两个Survivor区和Eden区的堆空间比值为8,表示S0:S1:Eden=1:1:8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB) //元空间的默认值
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB) //压缩类使用空间大小
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB //元空间允许的最大值
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)//在使用 G1 垃圾回收算法时，JVM 会将 Heap 空间分隔为若干个 Region，该参数用来指定每个 Region 空间的大小。

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space: //Eden使用情况
   capacity = 134217728 (128.0MB)
   used     = 10737496 (10.240074157714844MB)
   free     = 123480232 (117.75992584228516MB)
   8.000057935714722% used
From Space: //Survivor-From 使用情况
   capacity = 22020096 (21.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 22020096 (21.0MB)
   0.0% used
To Space: //Survivor-To 使用情况
   capacity = 22020096 (21.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 22020096 (21.0MB)
   0.0% used
PS Old Generation  //老年代 使用情况
   capacity = 356515840 (340.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 356515840 (340.0MB)
   0.0% used

3185 interned Strings occupying 261264 bytes.

Tips: 它是一个进程或系统在某一给定的时间的快照。比如在进程崩溃时，甚至是任何时候，我们都可以通过工具将系统或某进程的内存备份出来供调试分析用。dump 文件中包含了程序运行的模块信息、线程信息、堆栈调用信息、异常信息等数据，方便系统技术人员进行错误排查。

3.5. jhat

jhat：JVM Heap Analysis Tool，此命令是与 jmap 搭配使用，用来分析 jmap 生成的 dump，jhat 内置了一个微型的 HTTP/HTML 服务器，生成 dump 的分析结果后，可以在浏览器中查看。

3.6. jinfo（配置信息工具）

jinfo：JVM Configuration info，实时查看当前的应用 JVM 运行参数配置。语法格式：

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jinfo [option] pid

例如：

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jinfo -flags 1

Tips: 与 jps -v 命令比较，该只是查看虚拟机启动时显式指定的参数列表。

3.7. 查询 JVM 相关参数值

  • 查看所有参数的最终值，初始值可能被修改掉。
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java -XX:+PrintFlagsFinal -version
  • 查看所有参数的初始值
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java -XX:+PrintFlagsInitial

3.8. Arthas（Java 诊断工具）

Arthas 是 Alibaba 开源的 Java 诊断工具。支持 JDK 6+，支持 Linux/Mac/Winodws，采用命令行交互模式，同时提供丰富的 Tab 自动补全功能，进一步方便进行问题的定位和诊断。

详见《Arthas - Alibaba 开源的 Java 诊断工具》笔记

4. JVM 性能调优可视化工具

JDK 自带了很多监控工具，都位于 JDK 的 bin 目录下，其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具。第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

  • MAT（Memory Analyzer Tool）：一个基于 Eclipse 的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的 Javaheap 分析工具，可以帮助开发者查找内存泄漏和减少内存消耗。
  • GChisto：一款专业分析 gc 日志的工具

4.1. jconsole

jconsole（Java Monitoring and Management Console）：从 Java5 开始，在 JDK 中自带的 java 监控和管理控制台。用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控，是一个基于 JMX 的 GUI 性能监控工具。

  1. 打开方式：java 安装目录 bin 目录下 直接启动 jconsole.exe 即可。

  1. 可以内存、线程、类等信息

4.2. VisualVM：故障处理工具

jvisualvm：JDK 自带的全能分析工具，可以分析内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。能够监控线程，内存情况，查看方法的 CPU 时间和内存中的对象，已被 GC 的对象，反向查看分配的堆栈。

  1. 打开方式：java 安装目录 bin 目录下 直接启动 jvisualvm.exe 即可

  1. 监控程序运行情况

  1. 查看运行中的 dump

  1. 查看堆中的信息

5. JVM 常见问题排查

5.1. OutOfMemoryError 问题的排查

Java 内存泄露原因：

  • 如果线程请求分配的栈容量超过 java 虚拟机栈允许的最大容量的时候，java 虚拟机将抛出一个 StackOverFlowError 异常
  • 如果 java 虚拟机栈可以动态拓展，并且扩展的动作已经尝试过，但是目前无法申请到足够的内存去完成拓展，或者在建立新线程的时候没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那 java 虚拟机将会抛出一个 OutOfMemoryError 异常
  • 如果一次加载的类太多，元空间内存不足，则会报 OutOfMemoryError: Metaspace

排查 OOM 的方案：

  • 查看服务器运行日志日志，捕捉到内存溢出异常
  • 使用 jstat 命令工具查看监控 JVM 的内存和 GC 情况，评估问题大概出在什么区域
  • 使用 MAT 工具载入 dump 文件，分析大对象的占用情况

其中一种排查 OOM 的思路如下：

  1. 通过 jmap 指定打印他的内存快照 dump。（Dump 文件是进程的内存镜像。可以把程序的执行状态通过调试器保存到 dump 文件中）
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jmap -dump:format=b,file=heap.hprof pid

建议使用另一方式，使用 vm 参数获取 dump 文件。因为有的情况是内存溢出之后程序则会直接中断，而 jmap 只能打印在运行中的程序，所以建议通过参数的方式的生成 dump 文件，配置如下：

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# 线上 JVM 必须配置
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
# 指定当 OOM 发生时自动 dump 堆内存信息到指定目录
-XX:HeapDumpPath=/home/app/dumps/heapdump.hprof
  1. 通过工具，VisualVM（Ecplise MAT）去分析 dump 文件。VisualVM 可以加载离线的 dump 文件，文件 -> 装入 -> 选择 dump 文件即可查看堆快照信息。如下图

Tips: 如果是 linux 系统中的程序，则需要把 dump 文件下载到本地（windows环境）下，打开 VisualVM 工具分析。VisualVM 目前只支持在 windows 环境下运行可视化

  1. 通过查看堆信息的情况，可以大概定位内存溢出是哪行代码出了问题

  1. 找到对应的代码，通过阅读上下文的情况，进行修复即可

5.2. CPU 飙高排查方案与思路

  1. 使用 top 命令查看占用 cpu 的情况

  1. 通过 top 命令查看后，可以查看是哪一个进程占用 cpu 较高，上图所示的进程为：30978
  2. 查看当前线程中的进程信息
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ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 30978

命令参数说明：

  • pid：进程 id
  • tid：进程中的线程 id
  • %：cpu 使用率
  1. 通过上图分析，在进程 30978 中的线程 30979 占用 cpu 较高。注意：上述的线程 id 是一个十进制，需要把这个线程 id 转换为 16 进制，因为通常在日志中展示的都是 16 进制的线程 id 名称。在 linux 中执行命令进行转换：
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printf "%x\n" 30979

  1. 可以根据线程 id 找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号。执行以下命令：
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jstack 30978