Tianyi's Blog
tianyi
2024-03-24
目录
字节码技术
JVM 类加载器
类的加载时机
分析生产环境JVM启动参数
分析生产环境Java线程
分析SerialGC日志
分析ParallelGC日志
分析G1日志与CMS
Code

JVM调优

关于 JVM 的核心基础知识

  1. 我们要知道Java是一个跨平台的语言，它为什么能够做到跨平台？是因为首先它是使用的class文件，在多个平台上都可以运行。为什么可以在多个平台运行？因为只需在各个平台上安装了JVM虚拟机的环境，就可以运行我们的Java程序。而对于C代码以及C++等其他语言的代码，它们都需要在对应的操作系统环境上有相应的文件，比如说C语言就会有.dll文件或者.so文件。在实际应用中，比如Java需要引用一些C语言的库的话，涉及这些语言就变得复杂，特别是在构建过程中尤其麻烦。
  2. 是JVM帮我们极大地简化了内存管理的操作。我们在编写代码时无需考虑内存管理问题。如果我们遇到内存方面的问题，只需使用JVM提供的工具排查内存管理问题，并通过修改内存参数来优化我们的Java内存管理。整个过程变得轻松而简单。

# 字节码技术

每个点 class 文件都是一些二进制的代码，这些代码里面包含了

程序的运行是基于 jvm 上面的战争里面的线程运行的。

当里面的线程进行工作时，也就是程序运行时，每调用一个新的方法。那么当前的站上的线程就会去开辟一个新的战争。每个战争上面都会包含操作数栈、局部变量，以及指向常量池的 class 引用

# JVM 类加载器

类加载器也就是从文件系统中加载 class 文件到 JVM 虚拟机里面的一个加载器。

类加载器的过程是从外部文件系统中加载 class 文件到 JVM 虚拟机里面。首先，第一步是加载，就是找到 class 文件。第二步是找到 class 文件之后，需要对这个 class 文件里的内容进行验证。

当验证完成之后，需要对里面的一些变量进行准备。准备完成之后，会将里面的引用变量指向它们真实的引用。接下来是解析，对符号引用进行解析为直接引用。然后是初始化，也就是执行构造器、静态变量赋值和静态代码块的执行。最后是使用，然后卸载。

# 类的加载时机

# 分析生产环境JVM启动参数

jps -lvm

列出 -XX 开头的参数:

-XX:ErrorFile=C:\Users\willo\java_error_in_idea64_%p.log
-XX:HeapDumpPath=C:\Users\willo\java_error_in_idea64.hprof
-XX:ReservedCodeCacheSize=512m    // 为JIT编译器保留的代码缓存大小为512MB。
-XX:+UseG1GC
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=50
-XX:CICompilerCount=2     //设置JIT编译器线程数。
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:-OmitStackTraceInFastThrow  //在快速抛出异常时不省略堆栈信息。
-XX:+IgnoreUnrecognizedVMOptions
-XX:CompileCommand=exclude,com/intellij/openapi/vfs/impl/FilePartNodeRoot,trieDescend
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:MetaspaceSize=16m                           // 用于配置元空间大小和空闲空间的最小/最大比率。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio=10
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio=10
-XX:-ShrinkHeapInSteps
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions
-XX:+CreateCoredumpOnCrash
-XX:+UseCompressedOops
-XX:+UseCompressedClassPointers
-XX:+UseSerialGC                      // 使用串行垃圾收集器
-XX:MinHeapFreeRatio=10               // 堆空闲空间的最小和最大比率。
-XX:MaxHeapFreeRatio=10
--add-opens=java.desktop/sun.awt=ALL-UNNAMED
--add-opens=java.desktop/sun.awt.resources=ALL-UNNAMED
--add-opens=java.desktop/sun.awt.shell=ALL-UNNAMED
--add-opens=java.desktop/sun.awt.windows=ALL-UNNAMED


-Xmx31G				 //最大堆（当前服务器的50%）	

-Dfile.encoding=UTF-8
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java -server \
     -XX:+UseConcMarkSweepGC \
     -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 \
     -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly \
     -Xss1m \
     -Dfile.encoding=UTF-8 \
     -XX:-OmitStackTraceInFastThrow \
     -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError \
     -XX:HeapDumpPath=/export/xxx/log/inst-0 \
     -XX:ErrorFile=logs/hs_err_pid%p.log \
     -XX:+PrintGCDetails \
     -XX:+PrintGCDateStamps \
     -XX:+PrintTenuringDistribution \
     -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime \
     -Xloggc:logs/gc.log \
     -Xmx31G \
     -Xms31G
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# 分析生产环境Java线程

jstack -l [进程号]

"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=2 cpu=0.00ms elapsed=365.64s tid=0x0000021b78eb6310 nid=0x5df0 waiting on condition  [0x00000056e18ff000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
        at java.lang.ref.Reference.waitForReferencePendingList(java.base@17.0.5/Native Method)
        at java.lang.ref.Reference.processPendingReferences(java.base@17.0.5/Reference.java:253)
        at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(java.base@17.0.5/Reference.java:215)

   Locked ownable synchronizers:
        - None

说明
【线程状态】
    【NEW】未启动，RUNABLE在虚拟机内执行的
    【BLOCKED】受阻塞的并等待监听器锁
    【WATING】无限等待另外一个线程执行特定的操作
    【TIMED_WATING】有期限的等待另外一个线程执行特定的操作
    【TERNUBATED】已退出的
【deamon】守护进程
【prio和os_prio】分别代表线程在JVM优先级，操作系统优先级
【tid】内部线程控制结构的java内存地址（16进制）
【nid】线程ID（16进制）
【java.lang.Thread.State】线程栈信息
【Locked ownable synchronizers】可以用户定位锁依赖
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# 分析SerialGC日志

-XX:+UseSerialGC -Xms1g -Xmx1g -XX:+PrintGCDetails

GC(0) DefNew: 279616K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 0K(34944K)->34943K(34944K)
GC(1) DefNew: 314559K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34943K(34944K)
GC(2) DefNew: 314559K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34943K(34944K)
GC(3) DefNew: 314559K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34943K(34944K)
GC(4) DefNew: 314559K(314560K)->34944K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34944K(34944K)
GC(5) DefNew: 314560K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34944K(34944K)->34943K(34944K)
GC(6) DefNew: 314559K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34943K(34944K)
GC(7) DefNew: 314559K(314560K)->34944K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34944K(34944K)
GC(9) DefNew: 314560K(314560K)->0K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34944K(34944K)->0K(34944K)
GC(10) DefNew: 279616K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 0K(34944K)->34943K(34944K)
GC(11) DefNew: 314559K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34943K(34944K)
GC(12) DefNew: 314559K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34943K(34944K)
GC(14) DefNew: 314559K(314560K)->0K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->0K(34944K)
GC(15) DefNew: 279616K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 0K(34944K)->34943K(34944K)
GC(16) DefNew: 314559K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34943K(34944K)
GC(17) DefNew: 314559K(314560K)->34944K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34943K(34944K)->34944K(34944K)
GC(19) DefNew: 314560K(314560K)->0K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 34944K(34944K)->0K(34944K)
GC(20) DefNew: 279616K(314560K)->34943K(314560K) Eden: 279616K(279616K)->0K(279616K) From: 0K(34944K)->34943K(34944K)
生成了23374个对象
Heap
 def new generation   total 314560K, used 81876K [0x00000000c0000000, 0x00000000d5550000, 0x00000000d5550000)
  eden space 279616K,  16% used [0x00000000c0000000, 0x00000000c2dd50b8, 0x00000000d1110000)
  from space 34944K,  99% used [0x00000000d3330000, 0x00000000d554fff8, 0x00000000d5550000)
  to   space 34944K,   0% used [0x00000000d1110000, 0x00000000d1110000, 0x00000000d3330000)
 tenured generation   total 699072K, used 449740K [0x00000000d5550000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 699072K,  64% used [0x00000000d5550000, 0x00000000f0c83238, 0x00000000f0c83400, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 1025K, committed 1216K, reserved 1056768K
  class space    used 78K, committed 192K, reserved 1048576K
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  • 平均停顿时间约为19.94毫秒，总时间是199.396毫秒。
  • 生成了个对象21886
# 分析ParallelGC日志

-XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=7 -Xms1g -Xmx1g -XX:+PrintGCDetails

GC(0) PSYoungGen: 261681K(305664K)->43503K(305664K) Eden: 261681K(262144K)->0K(262144K) From: 0K(43520K)->43503K(43520K)
GC(1) PSYoungGen: 305647K(305664K)->43516K(305664K) Eden: 262144K(262144K)->0K(262144K) From: 43503K(43520K)->43516K(43520K)
GC(2) PSYoungGen: 305660K(305664K)->43515K(305664K) Eden: 262144K(262144K)->0K(262144K) From: 43516K(43520K)->43515K(43520K)
GC(3) PSYoungGen: 305659K(305664K)->43517K(305664K) Eden: 262144K(262144K)->0K(262144K) From: 43515K(43520K)->43517K(43520K)
GC(4) PSYoungGen: 305661K(305664K)->43517K(305664K) Eden: 262144K(262144K)->0K(262144K) From: 43517K(43520K)->43517K(43520K)
GC(5) PSYoungGen: 305661K(305664K)->43509K(160256K) Eden: 262144K(262144K)->0K(116736K) From: 43517K(43520K)->43509K(43520K)
GC(6) PSYoungGen: 160245K(160256K)->77299K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 43509K(43520K)->77299K(116224K)
GC(7) PSYoungGen: 194035K(232960K)->100339K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 77299K(116224K)->100339K(116224K)
GC(8) PSYoungGen: 217075K(232960K)->115498K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 100339K(116224K)->115498K(116224K)
GC(9) PSYoungGen: 232089K(232960K)->83965K(232960K) Eden: 116591K(116736K)->0K(116736K) From: 115498K(116224K)->83965K(116224K)
GC(10) PSYoungGen: 200526K(232960K)->45782K(232960K) Eden: 116561K(116736K)->0K(116736K) From: 83965K(116224K)->45782K(116224K)
GC(11) PSYoungGen: 45782K(232960K)->0K(232960K) Eden: 0K(116736K)->0K(116736K) From: 45782K(116224K)->0K(116224K)
GC(12) PSYoungGen: 116736K(232960K)->47628K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 0K(116224K)->47628K(116224K)
GC(13) PSYoungGen: 164364K(232960K)->40157K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 47628K(116224K)->40157K(116224K)
GC(14) PSYoungGen: 156773K(232960K)->43144K(232960K) Eden: 116616K(116736K)->0K(116736K) From: 40157K(116224K)->43144K(116224K)
GC(15) PSYoungGen: 159880K(232960K)->43502K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 43144K(116224K)->43502K(116224K)
GC(16) PSYoungGen: 160238K(232960K)->45423K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 43502K(116224K)->45423K(116224K)
GC(17) PSYoungGen: 162159K(232960K)->50166K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 45423K(116224K)->50166K(116224K)
GC(18) PSYoungGen: 166902K(232960K)->45471K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 50166K(116224K)->45471K(116224K)
GC(19) PSYoungGen: 162207K(232960K)->52582K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 45471K(116224K)->52582K(116224K)
GC(20) PSYoungGen: 169318K(232960K)->53694K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 52582K(116224K)->53694K(116224K)
GC(21) PSYoungGen: 53694K(232960K)->0K(232960K) Eden: 0K(116736K)->0K(116736K) From: 53694K(116224K)->0K(116224K)
GC(22) PSYoungGen: 116736K(232960K)->51380K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 0K(116224K)->51380K(116224K)
GC(23) PSYoungGen: 168116K(232960K)->44017K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 51380K(116224K)->44017K(116224K)
GC(24) PSYoungGen: 160727K(232960K)->48570K(232960K) Eden: 116710K(116736K)->0K(116736K) From: 44017K(116224K)->48570K(116224K)
GC(25) PSYoungGen: 165306K(232960K)->43119K(232960K) Eden: 116736K(116736K)->0K(116736K) From: 48570K(116224K)->43119K(116224K)
GC(41) PSYoungGen: 176128K(261632K)->63185K(263680K) Eden: 176128K(176128K)->0K(178176K) From: 0K(85504K)->63185K(85504K)
GC(42) PSYoungGen: 241361K(263680K)->70238K(248832K) Eden: 178176K(178176K)->0K(178176K) From: 63185K(85504K)->70238K(70656K)

生成对象总数：27231
Heap
 PSYoungGen      total 248832K, used 80240K [0x00000000eab00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 178176K, 5% used [0x00000000eab00000,0x00000000eb4c4570,0x00000000f5900000)
  from space 70656K, 99% used [0x00000000f5900000,0x00000000f9d97ba0,0x00000000f9e00000)
  to   space 88064K, 0% used [0x00000000faa00000,0x00000000faa00000,0x0000000100000000)
 ParOldGen       total 699392K, used 391038K [0x00000000c0000000, 0x00000000eab00000, 0x00000000eab00000)
  object space 699392K, 55% used [0x00000000c0000000,0x00000000d7ddfb30,0x00000000eab00000)
 Metaspace       used 1021K, committed 1216K, reserved 1056768K
  class space    used 78K, committed 192K, reserved 1048576K
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  • 平均停顿时间约为 6.415 毫秒，总停顿时间约为 198.935 毫秒。
    • ParallelGC和SerialGC对象分配速度和总的STW时间性能相似，但是平均STW时间相差较大
# 分析G1日志与CMS

参数

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:ConcGCThreads=3 -XX:MaxGCPauseMillis=50 -Xms1g -Xmx1g -XX:+PrintGCDetails

-XX:+UseG1GC -XX:ConcGCThreads=3 -XX:MaxGCPauseMillis=50 -Xms1g -Xmx1g -XX:+PrintGCDetails  -Xlog:gc+time
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G1 ：平均 GC 时间为约 2.317 毫秒
G1和CMS比较总结：
    G1触发GC的频率要比CMS高（一共触发了97次），但是G1平均STW时间性能快5倍，G1最大STW时间也比CMS平均快60%。
    两者内存的分配速度相差不大（前提是没有FullGC，在FullGC的场景下，G1性能还是比CMS高）
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压测示例对比：https://github.com/hyblog/JAVA-000/blob/main/Week_01/Node7.md

# Code

package Week_01;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;

public class GCLogAnalysis {

    private static Random random = new Random();

    public static void main(String[] args) {
        long startMillis = System.currentTimeMillis();
        long timeoutMillis = TimeUnit.SECONDS.toMillis(1);
        long endMillis = startMillis + timeoutMillis;
        LongAdder counter = new LongAdder();
        int cacheSize = 2000;
        Object[] cachedGarbage = new Object[cacheSize];
        while (System.currentTimeMillis() < endMillis) {
            Object garbage = generateGarbage(100*1024);
            counter.increment();
            int randomIndex = random.nextInt(2 * cacheSize);
            if (randomIndex < cacheSize) {
                cachedGarbage[randomIndex] = garbage;
            }
        }
        System.out.println("生成对象总数：" + counter.longValue());
    }

    private static Object generateGarbage(int max) {
        int randomSize = random.nextInt(max);
        int type = randomSize % 4;
        Object result = null;
        switch (type) {
            case 0:
                result = new int[randomSize];
                break;
            case 1:
                result = new byte[randomSize];
                break;
            case 2:
                result = new double[randomSize];
                break;
            default:
                StringBuilder builder = new StringBuilder();
                String randomString = "randomString-Anything";
                while (builder.length() < randomSize) {
                    builder.append(randomString);
                    builder.append(max);
                    builder.append(randomSize);
                }
                result = builder.toString();
                break;
        }
        return result;
    }
}
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