Springboot项目优化和jvm调优

一、server和client

用法:java -server .....

-client
设置jvm使用client模式，这是一般在pc机器上使用的模式，启动很快，但性能和内存管理效率并不高；多用于桌面应用；

-server
使用server模式，启动速度虽然慢（比client模式慢10%左右），但是性能和内存管理效率很高，适用于服务器，用于生成环境、开发环境或测试环境的服务端；

如果没有指定-server或-client，JVM启动的时候会自动检测当前主机是否为服务器，如果是就以server模式启动，64位的JVM只有server模式，所以无法使用-client参数；
如果没有指定-server或-client模式，则判断方法如下：

image

二、内存区域

如下图对内存区域的大小有个形象的了解：
内存区示例

三、XX 参数

​ 非标准化参数，在jvm各个版本中变化较大，主要用于jvm调优和debug，也是最常用的参数
​ 使用java -XX:+PrintFlagsFinal -version > flags1.txt命令获取所有XX参数，大约有700+参数

3.1 Boolean 类型

格式：-XX:[+-]<name> 表示启用或者禁用name属性。
-XX:+ 启用选项
-XX:- 不启用选项

举例：-XX:+UseConcMarkSweepGC 启用CMS垃圾收集器

3.2 K-V 类型

格式：-XX:<name>=<value> 表示name属性的值是value。
-XX:= 给选项设置一个数字类型值，可跟单位，例如 32k, 1024m, 2g
-XX:= 给选项设置一个字符串值，例如-XX:HeapDumpPath=./dump.core

举例：-XX:InitialHeapSize=3116367872 初始化堆内存，常用-Xms512m表示，不要误认为是X参数

3.3 各参数详解

-Xmn
新生代内存大小的最大值，包括E区和两个S区的总和，使用方法如：-Xmn65535，-Xmn1024k，-Xmn512m，-Xmn1g (-Xms,-Xmx也是种写法)
-Xmn只能使用在JDK1.4或之后的版本中，（之前的1.3/1.4版本中，可使用-XX:NewSize设置年轻代大小，用-XX:MaxNewSize设置年轻代最大值）；
如果同时设置了-Xmn和-XX:NewSize，-XX:MaxNewSize，则谁设置在后面，谁就生效；如果同时设置了-XX:NewSize -XX:MaxNewSize与-XX:NewRatio则实际生效的值是：min(MaxNewSize,max(NewSize, heap/(NewRatio+1)))（看考：http://www.open-open.com/home/space.php?uid=71669&do=blog&id=8891）
在开发、测试环境，可以-XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize来设置新生代大小，但在线上生产环境，使用-Xmn一个即可（推荐），或者将-XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize设置为同一个值，这样能够防止在每次GC之后都要调整堆的大小（即：抖动，抖动会严重影响性能）

-Xms
初始堆的大小，也是堆大小的最小值，默认值是总共的物理内存/64（且小于1G），默认情况下，当堆中可用内存小于40%(这个值可以用-XX: MinHeapFreeRatio 调整，如-X:MinHeapFreeRatio=30)时，堆内存会开始增加，一直增加到-Xmx的大小；

-Xmx
堆的最大值，默认值是总共的物理内存/64（且小于1G），如果Xms和Xmx都不设置，则两者大小会相同，默认情况下，当堆中可用内存大于70%（这个值可以用-XX: MaxHeapFreeRatio 调整，如-X:MaxHeapFreeRatio=60）时，堆内存会开始减少，一直减小到-Xms的大小；
整个堆的大小=年轻代大小+年老代大小，堆的大小不包含持久代大小，如果增大了年轻代，年老代相应就会减小，官方默认的配置为年老代大小/年轻代大小=2/1左右（使用-XX:NewRatio可以设置-XX:NewRatio=5，表示年老代/年轻代=5/1）；
建议在开发测试环境可以用Xms和Xmx分别设置最小值最大值，但是在线上生产环境，Xms和Xmx设置的值必须一样，原因与年轻代一样——防止抖动；

-Xss
这个参数用于设置每个线程的栈内存，默认1M，一般来说是不需要改的。除非代码不多，可以设置的小点，另外一个相似的参数是-XX:ThreadStackSize，这两个参数在1.6以前，都是谁设置在后面，谁就生效；1.6版本以后，-Xss设置在后面，则以-Xss为准，-XXThreadStackSize设置在后面，则主线程以-Xss为准，其它线程以-XX:ThreadStackSize为准。

-Xrs
减少JVM对操作系统信号（OS Signals）的使用（JDK1.3.1之后才有效），当此参数被设置之后，jvm将不接收控制台的控制handler，以防止与在后台以服务形式运行的JVM冲突（这个用的比较少，参考：http://www.blogjava.net/midstr/archive/2008/09/21/230265.html）。

-Xprof
跟踪正运行的程序，并将跟踪数据在标准输出输出；适合于开发环境调试。

-Xnoclassgc
关闭针对class的gc功能；因为其阻止内存回收，所以可能会导致OutOfMemoryError错误，慎用；

-Xincgc
开启增量gc（默认为关闭）；这有助于减少长时间GC时应用程序出现的停顿；但由于可能和应用程序并发执行，所以会降低CPU对应用的处理能力。

-Xloggc:file
与-verbose:gc功能类似，只是将每次GC事件的相关情况记录到一个文件中，文件的位置最好在本地，以避免网络的潜在问题。若与verbose命令同时出现在命令行中，则以-Xloggc为准。

3.4 JVM常用参数说明

  • -server
    tomcat默认是以一种叫java –client的模式来运行的，server即意味着你的tomcat是以真实的production的模式在运行的，这也就意味着你的tomcat以server模式运行时将拥有：更大、更高的并发处理能力，更快更强捷的JVM垃圾回收机制，可以获得更多的负载与吞吐量

  • -Xms / –Xmx
    JVM Heap(堆内存)初始值/ 允许的最大值
    建议,Xms与Xmx两个值设成一样，最大值设置为可用内存的最大值的80%（需要结合内存已经占用情况，及将来弹性伸缩自动创建实例）

  • -XX:PermSize
    -XX:****MaxPermSize
    java永久生成对象（Permanate generation）如，class对象、方法对象这些可反射（reflective）对象分配内存初始值及最大值

  • -XX****:newSize
    -XX:MaxNewSize
    新生成对象能占用内存的初始值及允许的最大值

  • -XX:+DisableExplicitGC
    不允许有显示的调用”System.gc()

  • -XX:UseGCOverheadLimit
    在抛出OOM之前限制jvm耗费在GC上的时间比例

  • UseConcMarkSweepGC
    即CMS gc，这一特性只有jdk1.5即后续版本才具有的功能，它使用的是gc估算触发和heap占用触发。
    我们知道频频繁的GC会造面JVM的大起大落从而影响到系统的效率，因此使用了CMS GC后可以在GC次数增多的情况下，每次GC的响应时间却很短，比如说使用了CMS GC后经过jprofiler的观察，GC被触发次数非常多，而每次GC耗时仅为几毫秒。

四、内存分配原则

关于GC有一个常见的疑问是，在启动时，我的内存如何分配？经过前面的介绍，已经很容易知道，用-Xmn，-Xmx，-Xms，-Xss，-XX:NewSize，-XX:MaxNewSize，-XX:MaxPermSize，-XX:PermSize，-XX:SurvivorRatio，-XX:PretenureSizeThreshold，-XX:MaxTenuringThreshold就基本可以配置内存启动时的分配情况。但是，具体配置多少？设置小了，频繁GC（甚至内存溢出），设置大了，内存浪费。结合前面对于内存区域和其作用的学习，尽量考虑如下建议：

-XX:PermSize尽量比-XX:MaxPermSize小，-XX:MaxPermSize>= 2 * -XX:PermSize, -XX:PermSize> 64m，一般对于4G内存的机器，-XX:MaxPermSize不会超过256m；

-Xms = -Xmx（线上Server模式），以防止抖动，大小受操作系统和内存大小限制，如果是32位系统，则一般-Xms设置为1g-2g（假设有4g内存），在64位系统上，没有限制，不过一般为机器最大内存的一半左右；

-Xmn，在开发环境下，可以用-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize来设置新生代的大小（-XX:NewSize<=-XX:MaxNewSize），在生产环境，建议只设置-Xmn，一般-Xmn的大小是-Xms的1/2左右，不要设置的过大或过小，过大导致老年代变小，频繁Full GC，过小导致minor GC频繁。如果不设置-Xmn，可以采用-XX:NewRatio=2来设置，也是一样的效果；

-Xss一般是不需要改的，默认值即可。

-XX:SurvivorRatio一般设置8-10左右，推荐设置为10，也即：Survivor区的大小是Eden区的1/10，一般来说，普通的Java程序应用，一次minorGC后，至少98%-99%的对象，都会消亡，所以，survivor区设置为Eden区的1/10左右，能使Survivor区容纳下10-20次的minor GC才满，然后再进入老年代，这个与 -XX:MaxTenuringThreshold的默认值15次也相匹配的。如果XX:SurvivorRatio设置的太小，会导致本来能通过minor回收掉的对象提前进入老年代，产生不必要的full gc；如果XX:SurvivorRatio设置的太大，会导致Eden区相应的被压缩。

五、设置Jvm参数

例如要配置JVM参数如下：
-server -XX:MetaspaceSize=128m -XX:MaxMetaspaceSize=128m -Xms1024m -Xmx1024m -Xmn512m -Xss256k -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseConcMarkSweepGC

说明：
-XX:MetaspaceSize=128m （元空间默认大小）
-XX:MaxMetaspaceSize=128m （元空间最大大小）
-Xms1024m （堆最大大小）
-Xmx1024m （堆默认大小）
-Xmn512m （新生代大小）
-Xss256k （棧最大深度大小）
-XX:SurvivorRatio=8 （新生代分区比例 8:2，Eden/s0）
-XX:+UseConcMarkSweepGC （指定使用的垃圾收集器，这里使用CMS收集器）
-XX:+PrintGCDetails （打印详细的GC日志）

JDK8之后把-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermGen移除了，取而代之的是
-XX:MetaspaceSize=128m （元空间默认大小） -XX:MaxMetaspaceSize=128m （元空间最大大小）
JDK 8开始把类的元数据放到本地化的堆内存(native heap)中，这一块区域就叫Metaspace，中文名叫元空间。
使用本地化的内存有什么好处呢？最直接的表现就是java.lang.OutOfMemoryError: PermGen 空间问题将不复存在，因为默认的类的元数据分配只受本地内存大小的限制，也就是说本地内存剩余多少，理论上Metaspace就可以有多大（貌似容量还与操作系统的虚拟内存有关？这里不太清楚），这解决了空间不足的问题。
不过，让Metaspace变得无限大显然是不现实的，因此我们也要限制Metaspace的大小：使用-XX:MaxMetaspaceSize参数来指定Metaspace区域的大小。JVM默认在运行时根据需要动态地设置MaxMetaspaceSize的大小。

5.1 开发工具中设置JVM参数

IDEA等开发工具，来启动运行项目，那么要调试JDK就方便太多了。只需要将参数值设置到VM options中即可:
-server -XX:MetaspaceSize=128m -XX:MaxMetaspaceSize=128m -Xms1024m -Xmx1024m -Xmn512m -Xss256k -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails

IDEA设置启动JVM参数

5.2 命令行设置JVM参数

适用于在项目部署后，在启动的时候，采用脚本或者命令行运行的时候设置。
执行启动设置Jvm参数的操作
$ java -server -XX:MetaspaceSize=128m -XX:MaxMetaspaceSize=128m -Xms1024m -Xmx1024m -Xmn512m -Xss256k -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseConcMarkSweepGC -jar erbadagang-1.0.0.jar

六、案例

实例1：

笔者昨日发现部分开发测试机器出现异常：java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded，这个异常代表：GC为了释放很小的空间却耗费了太多的时间，其原因一般有两个：1，堆太小，2，有死循环或大对象；

笔者首先排除了第2个原因，因为这个应用同时是在线上运行的，如果有问题，早就挂了。所以怀疑是这台机器中堆设置太小；

使用ps -ef |grep "java"查看，发现：

image

该应用的堆区设置只有768m，而机器内存有2g，机器上只跑这一个java应用，没有其他需要占用内存的地方。另外，这个应用比较大，需要占用的内存也比较多；

笔者通过上面的情况判断，只需要改变堆中各区域的大小设置即可，于是改成下面的情况：

image

跟踪运行情况发现，相关异常没有再出现；

实例2：（http://www.360doc.com/content/13/0305/10/15643_269388816.shtml）

一个服务系统，经常出现卡顿，分析原因，发现Full GC时间太长：

jstat -gcutil:

S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT

12.16 0.00 5.18 63.78 20.32 54 2.047 5 6.946 8.993

分析上面的数据，发现Young GC执行了54次，耗时2.047秒，每次Young GC耗时37ms，在正常范围，而Full GC执行了5次，耗时6.946秒，每次平均1.389s，数据显示出来的问题是：Full GC耗时较长，分析该系统的是指发现，NewRatio=9，也就是说，新生代和老生代大小之比为1:9，这就是问题的原因：

1，新生代太小，导致对象提前进入老年代，触发老年代发生Full GC；

2，老年代较大，进行Full GC时耗时较大；

优化的方法是调整NewRatio的值，调整到4，发现Full GC没有再发生，只有Young GC在执行。这就是把对象控制在新生代就清理掉，没有进入老年代（这种做法对一些应用是很有用的，但并不是对所有应用都要这么做）

实例3：

一应用在性能测试过程中，发现内存占用率很高，Full GC频繁，使用sudo -u admin -H jmap -dump:format=b,file=文件名.hprof pid 来dump内存，生成dump文件，并使用Eclipse下的mat差距进行分析，发现：

image

从图中可以看出，这个线程存在问题，队列LinkedBlockingQueue所引用的大量对象并未释放，导致整个线程占用内存高达378m，此时通知开发人员进行代码优化，将相关对象释放掉即可。

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