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1. jvm 调优思想
2. jvm原理
3. jvm调优实际操作
1. jvm 调优思想
调优性能关注点
吞吐量：吞吐量是考察垃圾收集器重要的性能指标之一，指不考虑垃圾回收引起的停顿时间，应用程序能够支撑最大请求的指标。
延迟： 缩短垃圾收集引起的应用程序停顿时间，避免应用程序发生抖动。
内存占用：垃圾收集器流畅运行所需要的内存数量。
这三个指标一般很难保证同等重要，任何一个性能的提升都会以其中一个或者两个为代价。
基本命令行选项
开启GC日志，开启GC日志对生产应用性能影响比较小，某些情况下可以忽略不计。
-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:。该选项可以将指定将GC日志信息输出到记录名为fileName的文件中。
–XX:+PrintGCApplicationStoppedTime用于调优响应时间/延迟较高的应用程序，可以帮助区分是否VM安全操作还是其他源头导致的停顿事件
–XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 应用程序某一些时间超过性能要求，可以使用该参数帮助判断该程序是否在运行，运行了多长时间。
确定内存占用
1活跃数据大小：应用程序长期稳定运行以后，长期存活的对象占用java堆内存量，即经过Full GC之后，java堆空间占用大小。
2一般情况下设置参数如下：
2.1. JAVA堆空间大小为进过多次Full GC之后，老年代存活的对象占用空间的4到5倍左右。-Xmx和-Xms空间大小设置相同大小。
2.2. 新生代空间-Xmn大小设置为老年代存活对象占用空间的1.5倍到2倍大小。
2.3. 永久大空间-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize大小设置为老年代存活对象占用空间的1.5倍到2倍大小
在实际调优过程中，还需要考虑应用程序线程占用空间-xss大小，一般设置256K。线程请求数太多，反而压缩java堆空间的大小。
优化新生代空间
通常情况下，新生代空间越小，Minor GC的执行时间越短。因为空间越小，发生MinorGC的频率越高。
增加新生代空间的大小，发生MinorGC的频率降低，同时Minor GC的时间就越长。
在实际生产过程中，如果Minor GC的持续时间大于应用程序的延迟性要求，则就要减少新生代空间，适当增加MinorGC的频率。
减少新生代空间大小的同时，尽量保持老年代空间的大小不变，即缩减堆大小和新生代大小
2.jvm原理
1.JVM简析：
作为一名Java使用者，掌握JVM的体系结构也是很有必要的。
说起Java，我们首先想到的是Java编程语言，然而事实上，Java是一种技术，它由四方面组成：Java编程语言、Java类文件格式、Java虚拟机和Java应用程序接口(Java API)。它们的关系如下图所示：
Java平台由Java虚拟机和Java应用程序接口搭建，Java语言则是进入这个平台的通道，用Java语言编写并编译的程序可以运行在这个平台上。这个平台的结构如下图所示： 运行期环境代表着Java平台，开发人员编写Java代码(.java文件)，然后将之编译成字节码(.class文件)，再然后字节码被装入内存，一旦字节码进入虚拟机，它就会被解释器解释执行，或者是被即时代码发生器有选择的转换成机器码执行。
JVM在它的生存周期中有一个明确的任务，那就是运行Java程序，因此当Java程序启动的时候，就产生JVM的一个实例；当程序运行结束的时候，该实例也跟着消失了。 在Java平台的结构中, 可以看出，Java虚拟机(JVM) 处在核心的位置，是程序与底层操作系统和硬件无关的关键。它的下方是移植接口，移植接口由两部分组成：适配器和Java操作系统, 其中依赖于平台的部分称为适配器；JVM 通过移植接口在具体的平台和操作系统上实现；在JVM 的上方是Java的基本类库和扩展类库以及它们的API， 利用Java API编写的应用程序(application) 和小程序(Java applet) 可以在任何Java平台上运行而无需考虑底层平台, 就是因为有Java虚拟机(JVM)实现了程序与操作系统的分离，从而实现了Java 的平台无关性。
下面我们从JVM的基本概念和运过程程这两个方面入手来对它进行深入的研究。
2.JVM基本概念
(1) 基本概念：
JVM是可运行Java代码的假想计算机 ，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收，堆 和 一个存储方法域。JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。
(2) 运行过程：
我们都知道Java源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class文件，也就是字节码文件，而字节码文件又通过Java虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码 。
也就是如下：
① Java源文件—->编译器—->字节码文件
② 字节码文件—->JVM—->机器码
每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的，这也就是Java为什么能够跨平台的原因了 ，当一个程序从开始运行，这时虚拟机就开始实例化了，多个程序启动就会存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭，则虚拟机实例消亡，多个虚拟机实例之间数据不能共享。
(3) 三种JVM:
① Sun公司的HotSpot；
② BEA公司的JRockit；
③ IBM公司的J9 JVM；
在JDK1.7及其以前我们所使用的都是Sun公司的HotSpot，但由于Sun公司和BEA公司都被oracle收购，jdk1.8将采用Sun公司的HotSpot和BEA公司的JRockit两个JVM中精华形成jdk1.8的JVM。
3.JVM的体系结构
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(1) Class Loader类加载器
(1) Class Loader类加载器
负责加载 .class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且ClassLoader负责class文件的加载等，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。
① 定位和导入二进制class文件
② 验证导入类的正确性
③ 为类分配初始化内存
④ 帮助解析符号引用.
(2) Native Interface本地接口:
本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序，Java诞生的时候C/C++横行的时候，要想立足，必须有调用C/C++程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码，它的具体作法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载native libraies。
目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机，或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。
因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等。
(3) Execution Engine 执行引擎：执行包在装载类的方法中的指令，也就是方法。
(4) Runtime data area 运行数据区:
虚拟机内存或者Jvm内存，冲整个计算机内存中开辟一块内存存储Jvm需要用到的对象，变量等，运行区数据有分很多小区，分别为：方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆，程序计数器。
4.JVM数据运行区详解（栈管运行，堆管存储）：
说明：JVM调优主要就是优化 Heap堆 和 Method Area 方法区。
(1) Native Method Stack本地方法栈
它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载native libraies。
(2) PC Register程序计数器
每个线程都有一个程序计算器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（下一个将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。
(3) Method Area方法区
方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间。
静态变量+常量+类信息+运行时常量池存在方法区中，实例变量存在堆内存中。
(4) Stack 栈
① 栈是什么
栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。
基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。
② 栈存储什么？
栈帧中主要保存3类数据：
本地变量（Local Variables）：输入参数和输出参数以及方法内的变量；
栈操作（Operand Stack）：记录出栈、入栈的操作；
栈帧数据（Frame Data）：包括类文件、方法等等。
③ 栈运行原理
栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又调用了B方法，于是产生栈帧F2也被压入栈，B方法又调用了C方法，于是产生栈帧F3也被压入栈…… 依次执行完毕后，先弹出后进......F3栈帧，再弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧。
遵循“先进后出”/“后进先出”原则。
(5) Heap 堆
堆这块区域是JVM中最大的，应用的对象和数据都是存在这个区域，这块区域也是线程共享的，也是 gc 主要的回收区，一个 JVM 实例只存在一个堆类存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：
① 新生区
新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace），所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个：0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园进行垃圾回收（Minor GC）,将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区。若幸存0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。那如果1去也满了呢？再移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候将产生Major GC（FullGCC），进行养老区的内存清理。若养老区执行Full GC 之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”。
如果出现java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：
a.Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。
b.代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。
② 养老区
养老区用于保存从新生区筛选出来的 JAVA 对象，一般池对象都在这个区域活跃。
③ 永久区
永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的 Class,Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存。
如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。原因有二：
a. 程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。
b. 大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。
说明：
Jdk1.6及之前：常量池分配在永久代 。
Jdk1.7：有，但已经逐步“去永久代” 。
Jdk1.8及之后：无(java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space,这种错误将不会出现在JDK1.8中)。
说明：方法区和堆内存的异议：
实际而言，方法区和堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储虚拟机加载的：类信息+普通常量+静态常量+编译器编译后的代码等等，虽然JVM规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分开。
对于HotSpot虚拟机，很多开发者习惯将方法区称之为“永久代（Parmanent Gen）”,但严格本质上说两者不同，或者说使用永久代来实现方法区而已，永久代是方法区的一个实现，jdk1.7的版本中，已经将原本放在永久代的字符串常量池移走。
常量池（Constant Pool）是方法区的一部分，Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
5.堆内存调优简介
public class JVMTest {
public static void main(String[] args){
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();//返回Java虚拟机试图使用的最大内存量。
Long totalMemory = Runtime. getRuntime().totalMemory();//返回Java虚拟机中的内存总量。
System.out.println("MAX_MEMORY ="+maxMemory +"(字节)、"+(maxMemory/(double)1024/1024) + "MB");
System.out.println("TOTAL_ MEMORY = "+totalMemory +"(字节)"+(totalMemory/(double)1024/1024) + "MB");
}
}
说明：在Run as ->Run Configurations中输入"-XX:+PrintGCDetails"可以查看堆内存运行原理图：
(1) 在jdk1.7中：
(2) 在jdk1.8中:
6.通过参数设置自动触发垃圾回收：
public class JVMTest {
public static void main(String[] args){
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();//返回Java虚拟机试图使用的最大内存量。
Long totalMemory = Runtime. getRuntime().totalMemory();//返回Java虚拟机中的内存总量。
System.out.println("MAX_MEMORY ="+maxMemory +"(字节)、"+(maxMemory/(double)1024/1024) + "MB");
System.out.println("TOTAL_ MEMORY = "+totalMemory +"(字节)"+(totalMemory/(double)1024/1024) + "MB");
String str = "www.baidu.com";
while(true){
str += str + new Random().nextInt(88888888) + new Random().nextInt(99999999);
}
}
}
在Run as ->Run Configurations中输入设置“-Xmx8m –Xms8m –xx:+PrintGCDetails”可以参看垃圾回收机制原理:
3.jvm调优实际操作
JVM内存调优
首先需要注意的是在对JVM内存调优的时候不能只看操作系统级别Java进程所占用的内存，这个数值不能准确的反应堆内存的真实占用情况，因为GC过后这个值是不会变化的，因此内存调优的时候要更多地使用JDK提供的内存查看工具，比如JConsole和Java VisualVM。
对JVM内存的系统级的调优主要的目的是减少GC的频率和Full GC的次数，过多的GC和Full GC是会占用很多的系统资源（主要是CPU），影响系统的吞吐量。特别要关注Full GC，因为它会对整个堆进行整理，导致Full GC一般由于以下几种情况：
旧生代空间不足
调优时尽量让对象在新生代GC时被回收、让对象在新生代多存活一段时间和不要创建过大的对象及数组避免直接在旧生代创建对象
Pemanet Generation空间不足
增大Perm Gen空间，避免太多静态对象
统计得到的GC后晋升到旧生代的平均大小大于旧生代剩余空间
控制好新生代和旧生代的比例
System.gc()被显示调用
垃圾回收不要手动触发，尽量依靠JVM自身的机制
调优手段主要是通过控制堆内存的各个部分的比例和GC策略来实现，下面来看看各部分比例不良设置会导致什么后果
1）新生代设置过小
一是新生代GC次数非常频繁，增大系统消耗；二是导致大对象直接进入旧生代，占据了旧生代剩余空间，诱发Full GC
2）新生代设置过大
一是新生代设置过大会导致旧生代过小（堆总量一定），从而诱发Full GC；二是新生代GC耗时大幅度增加
一般说来新生代占整个堆1/3比较合适
3）Survivor设置过小
导致对象从eden直接到达旧生代，降低了在新生代的存活时间
4）Survivor设置过大
导致eden过小，增加了GC频率
另外，通过-XX:MaxTenuringThreshold=n来控制新生代存活时间，尽量让对象在新生代被回收
由内存管理和垃圾回收可知新生代和旧生代都有多种GC策略和组合搭配，选择这些策略对于我们这些开发人员是个难题，JVM提供两种较为简单的GC策略的设置方式
1）吞吐量优先
JVM以吞吐量为指标，自行选择相应的GC策略及控制新生代与旧生代的大小比例，来达到吞吐量指标。这个值可由-XX:GCTimeRatio=n来设置
2）暂停时间优先
JVM以暂停时间为指标，自行选择相应的GC策略及控制新生代与旧生代的大小比例，尽量保证每次GC造成的应用停止时间都在指定的数值范围内完成。这个值可由-XX:MaxGCPauseRatio=n来设置
最后汇总一下JVM常见的配置
堆设置
-Xms:初始堆大小
-Xmx:最大堆大小
-XX:NewSize=n:设置年轻代大小
-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
收集器设置
-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
垃圾回收统计信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename
并行收集器设置
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)
并发收集器设置
-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。
