【ZT】JAVA性能優化—Sun Hotspot JDK JVM參數設置

原文地址：http://www.hashei.me/2009/05/tuning-the-sun-hotspot-jdk.html

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本文主要根據這篇PDF（GCTuningGuidelines）寫成。

首先是JDK1.5引入的新功能 Ergonomic Settings（自動優化的參數）

對於有2塊CPU和2GB內存及更佳配置的服務器，Sun的hotspot jdk默認設置瞭如下參數：

-server ：服務器模式編譯
-XX:+UseParallelGC 並行收集
-Xms設置爲服務器物理內存的1/64
-Xmx設置爲服務器物理內存的1/4（最大爲1G）

我在網上發現了這篇文章，也是根據那篇PDF寫的，基本都翻譯過來了，那我就不再做造輪子的過程了。有些自己的想法會用紅色標出。

摘自 http://unixboy.iteye.com/

原文鏈接 JVM調優總結 -Xms -Xmx -Xmn -Xss

堆大小設置 JVM 中最大堆大小有三方面限制：相關操作系統的數據模型（32-bt還是64-bit）限制；系統的可用虛擬內存限制；系統的可用物理內存限制。32位系統下，一般限制在1.5G~2G；64爲操作系統對內存無限制。我在Windows Server 2003 系統，3.5G物理內存，JDK5.0下測試，最大可設置爲1478m。
典型設置（例子中的堆分配的都比較大，注意自己平臺的限制，下文同）：
- java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k-Xmx3550m：設置JVM最大可用內存爲3550M。
  -Xms3550m：設置JVM促使內存爲3550m。此值可以設置與-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成後JVM重新分配內存（就是收縮和擴張，分代回收加上Sun內存分配的算法，避免了IBM JDK最小堆和最大堆一樣上的缺陷，但是這對-Xms和-Xmx的設置有了更高的要求，應該是多次試驗確定一個合適的大小）。
  
  -Xmn2g：設置年輕代大小爲2G。整個堆大小=年輕代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小爲64m，所以增大年輕代後，將會減小年老代大小。此值對系統性能影響較大，Sun官方推薦配置爲整個堆的3/8。從下圖，應該可以看到整個堆大小=年輕代大小 + 年老代大小，Xms和Xmx不包括Perm Size。
- -Xss128k：設置每個線程的堆棧大小。JDK5.0以後每個線程堆棧大小爲1M，以前每個線程堆棧大小爲256K。更具應用的線程所需內存大小進行調整。在相同物理內存下，減小這個值能生成更多的線程。但是操作系統對一個進程內的線程數還是有限制的，不能無限生成，經驗值在3000~5000左右。
- java -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0-XX:NewRatio=4:設置年輕代（包括Eden和兩個Survivor區）與年老代的比值（除去持久代）。設置爲4，則年輕代與年老代所佔比值爲1：4，年輕代佔整個堆棧的1/5
  -XX:SurvivorRatio=4：設置年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值。設置爲4，則兩個Survivor區與一個Eden區的比值爲2:4，一個Survivor區佔整個年輕代的1/6
  
  -XX:MaxPermSize=16m:設置持久代大小爲16m。
  
  -XX:MaxTenuringThreshold=0：設置垃圾最大年齡。如果設置爲0的話，則年輕代對象不經過Survivor區，直接進入年老代。對於年老代比較多的應用，可以提高效率。如果將此值設置爲一個較大值，則年輕代對象會在Survivor區進行多次複製，這樣可以增加對象再年輕代的存活時間，增加在年輕代即被回收的概率。下面要介紹的CMS（併發）收集器，SurvivorRatio默認爲1024 MaxTenuringThreshold默認爲0，可以手動調整，降低年老代的回收壓力，即照顧到吞吐率，又關注到相應時間。
回收器選擇 JVM給了三種選擇：串行收集器、並行收集器、併發收集器，但是串行收集器只適用於小數據量的情況，所以這裏的選擇主要針對並行收集器和併發收集器。默認情況下，JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他收集器需要在啓動時加入相應參數。JDK5.0以後，JVM會根據當前系統配置進行判斷。
1. 吞吐量優先的並行收集器如上文所述，並行收集器主要以到達一定的吞吐量爲目標，適用於科學技術和後臺處理等。
  典型配置：
  - java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20-XX:+UseParallelGC：選擇垃圾收集器爲並行收集器。此配置僅對年輕代有效。即上述配置下，年輕代使用併發收集，而年老代仍舊使用串行收集。
    -XX:ParallelGCThreads=20：配置並行收集器的線程數，即：同時多少個線程一起進行垃圾回收。此值最好配置與處理器數目相等。應該等於或者小於cpu數量（核），否則沒有意義，而當服務器的CPU數小於等於2時，用併發收集和串行收集效率一樣。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC -XX:+UseParallelOldGC：配置年老代垃圾收集方式爲並行收集。JDK6.0支持對年老代並行收集。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:MaxGCPauseMillis=100:設置每次年輕代垃圾回收的最長時間，如果無法滿足此時間，JVM會自動調整年輕代大小，以滿足此值。-XX:GCTimeRatio=<nnn>參數則是設置GC時間和運行時間的比值，GC時間佔整個運行時間的1 / (1 + <nnn>)。這兩個參數PauseMillis的優先級比GCTimeRatio高，且僅對並行收集器有效。但是從“Additionally, as an implicit goal the throughput collector will try to met the other goals in the smallest heap that it can.”覺得JVM並非自動調整年輕代，而是整個堆的大小，個人覺得此時應該設置堆大小的一個範圍，且不能手動設置-Xmn2g，否則如何調整？可惜文檔中未有清晰寫明，不過幸運的是一般調整也不必到如此細緻的地步。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：設置此選項後，並行收集器會自動選擇年輕代區大小和相應的Survivor區比例，以達到目標系統規定的最低相應時間或者收集頻率等，此值建議使用並行收集器時，一直打開。在1.5版本中默認打開 http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/vm/gc-ergonomics.html中有詳細描述。
2. 響應時間優先的併發收集器如上文所述，併發收集器主要是保證系統的響應時間，減少垃圾收集時的停頓時間。適用於應用服務器、電信領域等。
  典型配置：
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC：設置年老代爲併發收集。測試中配置這個以後，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此時年輕代大小最好用-Xmn設置。
    -XX:+UseParNewGC:設置年輕代爲並行收集。可與CMS收集同時使用。JDK5.0以上，JVM會根據系統配置自行設置，所以無需再設置此值。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由於併發收集器不對內存空間進行壓縮、整理，所以運行一段時間以後會產生“碎片”，使得運行效率降低。此值設置運行多少次GC以後對內存空間進行壓縮、整理。
    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打開對年老代的壓縮。可能會影響性能，但是可以消除碎片
輔助信息 JVM提供了大量命令行參數，打印信息，供調試使用。主要有以下一些：
- -XX:+PrintGC 輸出形式：[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
- -XX:+PrintGCDetails 輸出形式：[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
- -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGC：PrintGCTimeStamps可與上面兩個混合使用輸出形式：11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]
- -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime:打印每次垃圾回收前，程序未中斷的執行時間。可與上面混合使用輸出形式：Application time: 0.5291524 seconds
- -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime：打印垃圾回收期間程序暫停的時間。可與上面混合使用輸出形式：Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds
- -XX:PrintHeapAtGC:打印GC前後的詳細堆棧信息輸出形式：
  34.702: [GC {Heap before gc invocations=7:
  
  def new generation   total 55296K, used 52568K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)
  
  eden space 49152K, 99% used [0x1ebd0000, 0x21bce430, 0x21bd0000)
  
  from space 6144K, 55% used [0x221d0000, 0x22527e10, 0x227d0000)
  
  to   space 6144K,   0% used [0x21bd0000, 0x21bd0000, 0x221d0000)
  
  tenured generation   total 69632K, used 2696K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)
  
  the space 69632K,   3% used [0x227d0000, 0x22a720f8, 0x22a72200, 0x26bd0000)
  
  compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)
  
  the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)
  
  ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)
  
  rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)
  
  34.735: [DefNew: 52568K->3433K(55296K), 0.0072126 secs] 55264K->6615K(124928K)Heap after gc invocations=8:
  
  def new generation   total 55296K, used 3433K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)
  
  eden space 49152K,   0% used [0x1ebd0000, 0x1ebd0000, 0x21bd0000)
  
  from space 6144K, 55% used [0x21bd0000, 0x21f2a5e8, 0x221d0000)
  
  to   space 6144K,   0% used [0x221d0000, 0x221d0000, 0x227d0000)
  
  tenured generation   total 69632K, used 3182K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)
  
  the space 69632K,   4% used [0x227d0000, 0x22aeb958, 0x22aeba00, 0x26bd0000)
  
  compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)
  
  the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)
  
  ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)
  
  rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)
  
  }
  
  , 0.0757599 secs]
- -Xloggc:filename:與上面幾個配合使用，把相關日誌信息記錄到文件以便分析。
常見配置彙總
1. 堆設置
  - -Xms:初始堆大小
  - -Xmx:最大堆大小
  - -XX:NewSize=n:設置年輕代大小
  - -XX:NewRatio=n:設置年輕代和年老代的比值。如:爲3，表示年輕代與年老代比值爲1：3，年輕代佔整個年輕代年老代和的1/4
  - -XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區與兩個Survivor區的比值。注意Survivor區有兩個。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區佔整個年輕代的1/5
  - -XX:MaxPermSize=n:設置持久代大小
2. 收集器設置
  - -XX:+UseSerialGC:設置串行收集器
  - -XX:+UseParallelGC:設置並行收集器
  - -XX:+UseParalledlOldGC:設置並行年老代收集器
  - -XX:+UseConcMarkSweepGC:設置併發收集器
3. 垃圾回收統計信息
  - -XX:+PrintGC
  - -XX:+PrintGCDetails
  - -XX:+PrintGCTimeStamps
  - -Xloggc:filename
4. 並行收集器設置
  - -XX:ParallelGCThreads=n:設置並行收集器收集時使用的CPU數。並行收集線程數。
  - -XX:MaxGCPauseMillis=n:設置並行收集最大暫停時間
  - -XX:GCTimeRatio=n:設置垃圾回收時間佔程序運行時間的百分比。公式爲1/(1+n)
5. 併發收集器設置
  - -XX:+CMSIncrementalMode:設置爲增量模式。適用於單CPU情況。
  - -XX:ParallelGCThreads=n:設置併發收集器年輕代收集方式爲並行收集時，使用的CPU數。並行收集線程數。

四、調優總結

年輕代大小選擇
- 響應時間優先的應用：儘可能設大，直到接近系統的最低響應時間限制（根據實際情況選擇）。在此種情況下，年輕代收集發生的頻率也是最小的。同時，減少到達年老代的對象。
- 吞吐量優先的應用：儘可能的設置大，可能到達Gbit的程度。因爲對響應時間沒有要求，垃圾收集可以並行進行，一般適合8CPU以上的應用。
年老代大小選擇
- 響應時間優先的應用：年老代使用併發收集器，所以其大小需要小心設置，一般要考慮併發會話率和會話持續時間等一些參數。如果堆設置小了，可以會造成內存碎片、高回收頻率以及應用暫停而使用傳統的標記清除方式；如果堆大了，則需要較長的收集時間。最優化的方案，一般需要參考以下數據獲得：
  - 併發垃圾收集信息
  - 持久代併發收集次數
  - 傳統GC信息
  - 花在年輕代和年老代回收上的時間比例
  減少年輕代和年老代花費的時間，一般會提高應用的效率
- 吞吐量優先的應用：一般吞吐量優先的應用都有一個很大的年輕代和一個較小的年老代。原因是，這樣可以儘可能回收掉大部分短期對象，減少中期的對象，而年老代盡存放長期存活對象。
較小堆引起的碎片問題 因爲年老代的併發收集器使用標記、清除算法，所以不會對堆進行壓縮。當收集器回收時，他會把相鄰的空間進行合併，這樣可以分配給較大的對象。但是，當堆空間較小時，運行一段時間以後，就會出現“碎片”，如果併發收集器找不到足夠的空間，那麼併發收集器將會停止，然後使用傳統的標記、清除方式進行回收。如果出現“碎片”，可能需要進行如下配置：
- -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用併發收集器時，開啓對年老代的壓縮。
- -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置開啓的情況下，這裏設置多少次Full GC後，對年老代進行壓縮