調優 JVM 性能和 Java 運行時
Ted Neward, 總裁, Neward & Associates
簡介： Java™ 虛擬機有數百個命令行選項，被經驗豐富的開發人員用來調優 Java 運行時。本文中，您將學習如何監控和記錄編譯器性能、禁用顯式垃圾收集（System.gc();）、擴展 JRE 等等。
JVM 是多數開發人員視爲理所當然的 Java 功能和性能背後的重負荷機器。然而，我們很少有人能理解 JVM 是如何進行工作的 — 像任務分配和垃圾收集、轉動線程、打開和關閉文件、中斷和/或 JIT 編譯 Java 字節碼，等等。
不熟悉 JVM 將不僅會影響應用程序性能，而且當 JVM 出問題時，嘗試修復也會很困難。
本期 5 件事 系列 將介紹一些命令行標誌，您可以使用它們來診斷和調優您的 Java 虛擬機性能。
我已記不清有多少次用戶要求我就應用程序性能問題提供諮詢了，其實只要跨代碼快速運行 grep，就會發現清單 1 所示的問題 — 原始 java 性能反模式：
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// We just released a bunch of objects, so tell the stupid // garbage collector to collect them already! System.gc(); |
顯式垃圾收集是一個非常糟糕的主意 — 就像將您和一個瘋狂的鬥牛犬鎖在一個電話亭裏。儘管調用的語法是依賴實現的，但如果您的 JVM 正在運行一個分代的垃圾回收器（大多數是）System.gc(); 強迫 VM 執行一個堆的 “全部清掃”，雖然有的沒有必要。全部清掃比一個常規 GC 操作要昂貴好幾個數量級，這只是個簡單數學問題。
您可以不把我的話放在心上 — Sun 的工程師爲這個特殊的人工錯誤提供一個 JVM 標誌； -XX:+DisableExplicitGC 標誌自動將 System.gc() 調用轉換成一個空操作，爲您提供運行代碼的機會，您自己看看 System.gc() 對於整個 JVM 執行有害還是有利。
您有沒有經歷過這樣的情況：JVM 不能使用，不斷拋出 OutOfMemoryError，而您又不能爲自己創建調試器來捕獲它或查看出現了什麼問題？像這類偶發和/或不確定的問題，通常使開發人員發瘋。
1 買者自負
並不是任何 VM 都支持所有命令行標誌，Sun/Oracle 的 VM 除外。查明一個標誌是否被支持的最好方法是試用它，看它是否正常工作。倘若這些標誌在技術上是不支持的，那麼，使用它們您要承擔全部責任。如果這些標誌中的任何一個使您的代碼、您的數據、您的服務器或您的一切消失得無影無蹤，我、Sun/Oracle 和 IBM® 都將不負責任。爲以防萬一，建議先在虛擬（非常生產）環境中實驗。
在這個時刻您想要的是，在 JVM 消亡之際捕獲堆的一個快照 — 正好 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 命令可以完成這一操作。
運行該命令通知 JVM 拍攝一個 “堆轉儲快照”，並將其保存在一個文件中以便處理，通常使用 jhat 實用工具（我在 上一篇文章 中介紹過）。您可以使用相應的 -XX:HeapDumpPath 標誌指定到保存文件的實際路徑。（不管文件保存在哪，務必確保文件系統和/或 Java 流程必須要有權限配置，可以在其中寫入。）
定期將一個類放入類路徑是很有幫助的，這類路徑與庫存 JRE 附帶的類路徑或者以某種方式擴展的 JRE 類路徑略有不同。（新 Java Crypto API 提供商就是一個例子）。如果您想要擴展 JRE ，那麼您定製的實現必須可以使用引導程序 ClassLoader，該引導程序可以加載 rt.jar 中的 java.lang.Object 及其所有相關文件。
儘管您可以 非法打開 rt.jar 並將您的定製實現或新數據包移入其中，但從技術上您就違反了您下載 JDK 時同意的協議了。
相反，使用 JVM 自己的 -Xbootclasspath 選項，以及皮膚 -Xbootclasspath/p 和 -Xbootclasspath/a。
-Xbootclasspath 使您可以設置完整的引導類路徑（這通常包括一個對 rt.jar 的引用），以及一些其他 JDK 附帶的（不是 rt.jar 的一部分）JAR 文件。-Xbootclasspath/p 將值前置到現有 bootclasspath 中，並將 -Xbootclasspath/a 附加到其中。
例如，如果您修改了庫中的 java.lang.Integer，並將修改放在一個子路徑 mods 下，那麼 -Xbootclasspath/a mods 參數將新 Integer 放在默認的參數前面。
對於虛擬的或任何類型的 Java 應用程序，-verbose 是一個很有用的一級診斷使用程序。該標誌有三個子標誌：gc、class 和 jni。
開發人員嘗試尋找是否 JVM 垃圾收集器發生故障或者導致性能低下，通常首先要做的就是執行 gc。不幸的是，解釋 gc 輸出很麻煩 — 足夠寫一本書。更糟糕的是，在命令行中打印的輸出在不同的 Java 版本中或者不在不同的 JVM 中會發生改變，這使得正確解釋變得更難。
一般來說，如果垃圾收集器是一個分代收集器（多數 “企業級” VMs 都是）。某種虛擬標誌將會出現，來指出一個全部清掃 GC 通路；在 Sun JVM 中，標誌在 GC 輸出行的開始以 “[Full GC ...]” 形式出現。
想要診斷 ClassLoader 和/或不匹配的類衝突，class 可以幫上大忙。它不僅報告類何時加載，還報告類從何處加載，包括到 JAR 的路徑（如果來自 JAR）。
jni 很少使用，除了使用 JNI 或本地庫時。打開時，它將報告各種 JNI 事件，比如，本地庫何時加載，方法何時彈回；再一次強調，在不同 JVM 版本中，輸出會發生變化。
我列出了 JVM 中提供的我喜歡的命令行選項，但是還有一些更多的需要您自己發現，運行命令行參數 -X，列出 JVM 提供的所有非標準（但大部分都是安全的）參數 — 例如：
- -Xint，在解釋模式下運行 JVM（對於測試 JIT 編譯器實際上是否對您的代碼起作用或者驗證是否 JIT 編譯器中有一個 bug，這都很有用）。
- -Xloggc:，和 -verbose:gc 做同樣的事，但是記錄一個文件而不輸出到命令行窗口。
JVM 命令行選項時常發生變化，因此，定期查看是一個好主意。甚至，您深夜盯着監控器和下午 5 點回家和妻子孩子吃頓晚飯，（或者在 Mass Effect 2 中消滅您的敵人，根據您的喜好），它們都是不一樣的。
在生產環境中，命令行標誌不是爲永久使用而設計的 — 事實上，除了您終止用來調優 JVM 垃圾收集器的標誌，沒有一個非標準命令行標記是專用於生產使用的。但是，作爲工具來刺探在其他方面完全不透明的虛擬機的內部工作，是非常有用的。
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