JVM 性能调优实战

ClownF原创2024/1/12大约 3 分钟

JVM 性能调优实战

JVM 性能调优是 Java 开发中的重要技能，本文介绍实用的调优方法和工具。

JVM 内存结构

运行时数据区

+-------------------+
|   方法区 (Method)  |  <- 类信息、常量池
+-------------------+
|   堆 (Heap)        |  <- 对象实例
|  +-------------+   |
|  | 新生代       |   |
|  | +------+    |   |
|  | |Eden |    |   |
|  | +------+    |   |
|  | |S0|S1|    |   |
|  | +--+--+    |   |
|  +-------------+   |
|  | 老年代       |   |
|  +-------------+   |
+-------------------+
|  JVM 栈 (Stack)   |  <- 局部变量、方法调用
+-------------------+
|  本地方法栈        |
+-------------------+
|  程序计数器        |
+-------------------+

垃圾回收器

G1 GC（推荐）

# G1 GC 参数设置
java -Xms4g -Xmx4g \
     -XX:+UseG1GC \
     -XX:MaxGCPauseMillis=200 \
     -XX:G1HeapRegionSize=16m \
     -XX:+PrintGCDetails \
     -XX:+PrintGCDateStamps \
     -Xloggc:gc.log \
     -jar app.jar

ZGC（低延迟）

# ZGC 参数设置
java -Xms16g -Xmx16g \
     -XX:+UseZGC \
     -XX:+ZGenerational \
     -XX:+PrintGCDetails \
     -jar app.jar

常用JVM参数

堆内存设置

-Xms2g           # 初始堆大小
-Xmx2g           # 最大堆大小
-Xmn1g           # 新生代大小
-XX:MetaspaceSize=256m      # 元空间初始大小
-XX:MaxMetaspaceSize=512m   # 元空间最大大小

GC 日志

-XX:+PrintGCDetails          # 打印 GC 详情
-XX:+PrintGCDateStamps       # 打印 GC 时间戳
-XX:+PrintHeapAtGC           # GC 前后打印堆信息
-Xloggc:/path/to/gc.log      # GC 日志文件
-XX:+UseGCLogFileRotation    # 日志轮转
-XX:NumberOfGCLogFiles=10    # 日志文件数量
-XX:GCLogFileSize=100M       # 单个日志文件大小

性能监控

-XX:+PrintCommandLineFlags   # 打印命令行参数
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  # OOM 时生成 dump
-XX:HeapDumpPath=/path/to/dump   # dump 文件路径

性能分析工具

1. jstat - 监控 JVM 统计信息

# 查看 GC 统计
jstat -gc <pid> 1000 10

# 查看类加载统计
jstat -class <pid>

# 查看编译统计
jstat -compiler <pid>

2. jmap - 内存映射工具

# 生成堆 dump
jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin <pid>

# 查看堆内存使用
jmap -heap <pid>

# 查看对象直方图
jmap -histo <pid> | head -20

3. jstack - 线程堆栈分析

# 打印线程堆栈
jstack <pid> > thread.dump

# 查找死锁
jstack -l <pid> | grep -A 10 "deadlock"

4. jvisualvm - 可视化监控

启动 VisualVM 并连接到 JVM：

实时监控 CPU、内存使用
分析堆 dump
线程分析
性能剖析

常见问题排查

内存泄漏

// 问题代码示例
public class MemoryLeak {
    private static List<Object> list = new ArrayList<>();
    
    public void doSomething() {
        // 对象不断添加但从不清理
        list.add(new Object());
    }
}

// 排查步骤
1. 使用 jmap 生成 heap dump
2. 用 MAT 分析 dump 文件
3. 查找内存占用最大的对象
4. 分析 GC Roots 路径
5. 修复代码逻辑

频繁 Full GC

# 分析 GC 日志
# 查看 Full GC 频率和暂停时间
grep "Full GC" gc.log | wc -l

# 可能原因：
1. 老年代空间不足
2. 元空间不足
3. System.gc() 调用
4. 分配大对象

# 解决方案：
1. 增加堆内存
2. 调整新生代/老年代比例
3. 优化代码，减少大对象创建

CPU 占用高

# 1. 找出占用 CPU 高的线程
top -H -p <pid>

# 2. 转换线程 ID 为十六进制
printf "%x\n" <thread_id>

# 3. 查看线程堆栈
jstack <pid> | grep <hex_thread_id> -A 30

# 4. 分析代码问题

调优案例

案例 1: 减少 Young GC 频率

# 问题：Young GC 频率过高
# 原因：新生代空间太小

# 调整前
-Xms4g -Xmx4g -Xmn1g

# 调整后
-Xms4g -Xmx4g -Xmn2g

# 结果：Young GC 频率降低 50%

案例 2: 降低 GC 停顿时间

# 问题：GC 停顿时间过长
# 原因：使用 Serial GC

# 调整前
-XX:+UseSerialGC

# 调整后
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200

# 结果：GC 停顿时间从 500ms 降到 150ms

最佳实践

设置合理的堆大小: -Xms 和 -Xmx 设置相同
选择合适的 GC: G1 GC 适合大多数场景
启用 GC 日志: 便于问题排查
定期监控: 使用 APM 工具
避免过早优化: 先性能测试，再针对性优化

性能调优清单

总结

JVM 性能调优需要深入理解 JVM 原理，结合实际业务场景进行调整。关键是要有监控、有数据、有分析。