JVM 调优

在生产环境中，JVM 调优是确保 Java 应用程序性能和稳定性的重要步骤。调优的目标通常是减少垃圾回收的时间、降低内存使用和提高应用程序的吞吐量。以下是一些常见的 JVM 调优策略和方法。

选择合适的垃圾收集器

-XX:+UseG1GC

调整堆内存大小，通过调整堆内存的大小，可以控制应用程序的性能

设置初始堆大小：-Xms512m

设置最大堆大小：-Xmx2048m

设置年轻代大小：-Xmn256m

一般推荐将初始堆和最大堆的比值设置为 1:2 或 1:3。

调整垃圾收集参数

设置新生代和老年代的比例：-XX:NewRatio=3 # 新生代与老年代的比例

设置 Survivor 区的大小：-XX:SurvivorRatio=8 # Eden 区与 Survivor 区的比例

设置最大 GC 停顿时间（对于 G1 GC）：-XX:MaxGCPauseMillis=200

定期监控和分析 JVM 的运行状态，使用各种工具来观察性能和内存使用情况

JVisualVM：Java 自带的可视化监控工具，可以用来查看内存、线程、CPU 使用情况。

JConsole：用于监控 Java 应用的图形界面工具。

GC 日志：启用 GC 日志以分析垃圾收集的性能，-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:gc.log。

使用 Java Flight Recorder：这是一个强大的性能监控工具，可以提供深入的性能分析。

代码的优化可以显著减少内存使用和垃圾回收的压力

减少对象创建：尽量复用对象，避免频繁创建短命对象。

使用合适的数据结构：选择合适的集合类，例如 ArrayList vs LinkedList，并根据需求选择合适的实现。

避免内存泄漏：定期检查代码中是否存在内存泄漏，例如未清理的缓存、静态集合中的对象引用等。

设置线程数，在多线程应用中，合理配置线程数可以提高性能。

设置最大线程数（取决于应用和服务器的具体情况）。-XX:ParallelGCThreads=4 # 设置并行 GC 线程数`

使用 JDK 8 及之后的版本的特性

Metaspace：Java 8 之后，类元数据存储在本地内存中，避免了旧版本中永久代的限制。可以通过设置 Metaspace 大小来优化性能。-XX:MetaspaceSize=128m -XX:MaxMetaspaceSize=512m

测试与迭代：调优是一个迭代过程。在生产环境中，测试是非常重要的步骤：

负载测试：在类似生产环境中进行负载测试，以观察系统在高负载情况下的表现。

逐步调整：每次只调整一个参数，观察性能变化，再进行下一步调整。

JVM调优后，主要需要观察以下性能指标，以确保优化达到了预期效果：

1. 内存使用情况

• 堆内存（Heap Memory） ：观察堆内存的分配和使用情况，关注年轻代（Young Gen）、老年代（Old Gen）和永久代/元空间（PermGen/Metaspace）的使用是否稳定，是否存在频繁的Full GC。
• 非堆内存（Non-Heap Memory） ：如Metaspace、Code Cache等，避免内存泄漏或过度消耗。
• 直接内存（Direct Memory） ：如果使用了Netty、ByteBuffer等直接内存分配，需要监控 sun.nio.MaxDirectMemorySize 的使用情况，避免OutOfMemoryError。

2. GC（垃圾回收）情况

• GC频率 ：年轻代（Minor GC）和老年代（Major/Full GC）的触发频率是否合理，避免过于频繁。
• GC停顿时间 ：尤其是Full GC的停顿时间，是否影响业务请求的响应时间。
• GC回收效率 ：查看每次GC回收的内存大小，判断是否有效。
• GC日志分析 ：观察GC日志，确定GC策略是否合适（如G1、CMS、ZGC等），是否出现STW（Stop The World）过长的情况。

3. 线程与CPU使用

• 线程数 ：监控JVM中的活跃线程数，是否存在线程泄漏或过度创建。
• CPU使用率 ：
  • 观察是否存在GC占用CPU过高的情况（如高并发应用可能导致CPU占用率过高）。
  • 分析是否有线程死锁、线程占用过多CPU的问题（可以使用 jstack 查看线程堆栈）。
• 上下文切换 ：频繁的线程切换会影响性能，需要分析是否因锁竞争、GC等导致。

4. 吞吐量（TPS/QPS）

• 吞吐量变化 ：调优前后TPS/QPS是否有提升，是否达到了预期优化目标。
• 请求响应时间 ：如API接口的P99、P95、P50等响应时间是否有明显优化。
• 系统吞吐瓶颈 ：分析是否因为GC、内存、线程池等导致吞吐量受限。

5. 类加载与元空间

• 类加载次数 ：是否存在类加载过于频繁的问题，可能导致元空间（Metaspace）占用过高，触发Full GC。
• 元空间大小 ：观察是否有元空间（Metaspace）溢出，可能需要调整 -XX:MetaspaceSize 。

6. I/O性能

• 磁盘I/O ：如果应用涉及大量文件操作（如日志、缓存），需要观察I/O读写速度，避免GC导致I/O阻塞。
• 网络I/O ：如果涉及RPC调用（如Dubbo、gRPC）或数据库访问（如MySQL、Redis），需要分析调用延迟是否受JVM调优影响。

7. JVM指标监控工具

• jstat ：观察GC情况，如 jstat -gcutil <pid> 1000 。
• jstack ：分析线程状态，查看是否有死锁。
• jmap ：分析堆内存使用情况，如 jmap -heap <pid> 。
• GC日志 ：结合 -Xlog:gc* 或 -verbose:gc 分析GC情况。
• 监控平台 ：使用Prometheus + Grafana、Arthas、JConsole、VisualVM等监控JVM性能。

总结

JVM调优后需要综合观察 内存、GC、CPU、吞吐量、线程、I/O等指标 ，并结合 GC日志、JVM工具 进行深入分析，确保优化有效果，并且不会引入新的问题。