如果說有什么在面試中經(jīng)常被問到，但是在實(shí)際工作中又不經(jīng)常用到的Java技術(shù)，那么JVM調(diào)優(yōu)絕對(duì)可以排得上號(hào)。每當(dāng)有同學(xué)被問到這個(gè)問題的時(shí)候，內(nèi)心的OS大概是這樣：我一個(gè)QPS幾百的系統(tǒng)，有啥好調(diào)優(yōu)的，默認(rèn)配置用用得了，調(diào)JVM參數(shù)整不好系統(tǒng)還能干崩了，想想好像是這么個(gè)道理。但是對(duì)于一些高并發(fā)大流量業(yè)務(wù)場(chǎng)景，JVM調(diào)優(yōu)就有用武之地了。因此個(gè)人覺得JVM調(diào)優(yōu)也許不像SQL調(diào)優(yōu)或者代碼優(yōu)化在工作中使用得那么頻繁，甚至很多時(shí)候其實(shí)是用不上的，但是在需要用到的時(shí)候如果你能頂?shù)米毫ν瓿蓛?yōu)化，那么你和其他人的不同就顯現(xiàn)出來了。另外如果我們想進(jìn)入一線互聯(lián)網(wǎng)大廠，那么JVM調(diào)優(yōu)就是必須要掌握的重要技能。

那么JVM到底應(yīng)該怎樣調(diào)優(yōu)呢？有沒有什么套路我們可以學(xué)習(xí)？本文主要著眼于如何進(jìn)行參數(shù)預(yù)估以及JVM優(yōu)化，希望對(duì)大家平時(shí)工作可以有所裨益。

預(yù)估比調(diào)優(yōu)更重要

為什么需要進(jìn)行預(yù)估

所謂凡事預(yù)則立不預(yù)則廢，對(duì)于JVM調(diào)優(yōu)來說也是如此。無論修改線上已有JVM參數(shù)配置還是優(yōu)化代碼實(shí)際都是一種無奈之舉，因?yàn)樯a(chǎn)環(huán)境出現(xiàn)了運(yùn)行異常不得不采用這種方式進(jìn)行優(yōu)化，從而保障線上應(yīng)用服務(wù)能夠正常運(yùn)行，否則就要拉程序員出來祭天了。但是如果我們?cè)诜?wù)發(fā)布部署之前可以預(yù)估服務(wù)的容量而后進(jìn)行對(duì)應(yīng)的JVM參數(shù)配置，那么就相當(dāng)于把可能出現(xiàn)的JVM異常扼殺在搖籃中。當(dāng)然這是最理想的狀態(tài)，在現(xiàn)實(shí)中也實(shí)際不容易做到，但是即便我們不能預(yù)估的那么準(zhǔn)確，也總比不做容量預(yù)估直接裸奔上線的好。因此關(guān)于JVM調(diào)優(yōu)這件事情，實(shí)際和《孫子兵法》的核心思想有異曲同工之妙，上兵伐謀，其次伐交，其次伐兵，其下攻城。也就是說JVM調(diào)優(yōu)最高境界是預(yù)估不調(diào)，打仗最高境界是不戰(zhàn)而勝。

如何進(jìn)行預(yù)估

JVM參數(shù)預(yù)估基本流程

在明確了JVM參數(shù)預(yù)估對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境中服務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行的意義之后，我們一起看下如何進(jìn)行JVM參數(shù)預(yù)估。首先我們應(yīng)該先分析下自己系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)流程是什么，然后根據(jù)核心業(yè)務(wù)流程結(jié)合線上可能的流量，確認(rèn)好我們核心業(yè)務(wù)代碼中的對(duì)象創(chuàng)建以及銷毀情況是怎樣的，最后再針對(duì)性的進(jìn)行相關(guān)JVM參數(shù)的預(yù)估配置。因此JVM參數(shù)預(yù)估的地址基本流程如下所示：

案例驅(qū)動(dòng)

這里以一個(gè)實(shí)際的業(yè)務(wù)場(chǎng)景案例來幫助大家更好理解JVM參數(shù)預(yù)估的過程。假設(shè)有這樣一個(gè)電商平臺(tái)，它主要由商品中心、訂單中心、營(yíng)銷中心、庫(kù)存中心等子系統(tǒng)組成。那對(duì)于電商系統(tǒng)來說最核心的業(yè)務(wù)就是用戶下單購(gòu)物，我們就以用戶下單購(gòu)物這個(gè)業(yè)務(wù)流程來看看如何進(jìn)行估算JVM參數(shù)。

假設(shè)平臺(tái)有1個(gè)億的注冊(cè)用戶，日活用戶1000萬，這些用戶會(huì)在電商平臺(tái)進(jìn)行瀏覽商品、下單購(gòu)買以及收貨評(píng)價(jià)等操作，但是實(shí)際上真正下單購(gòu)買的用戶并沒有那么多，如果有10%的轉(zhuǎn)化率，那么就相當(dāng)于每天電商平臺(tái)有100w個(gè)訂單。另外一般情況下這些訂單主要分布在一天當(dāng)中的高峰時(shí)間，比如中午或者晚上，畢竟其他時(shí)間大家要忙碌工作以及其他事情，中午休息或者晚上休息的時(shí)候才會(huì)有時(shí)間逛平臺(tái)買買買。如果我們把用戶購(gòu)買的高峰時(shí)間定為3小時(shí)，也就是說極端情況下將所有的訂單的生成都分布在這三個(gè)小時(shí)中完成，也就是每小時(shí)產(chǎn)生33萬個(gè)訂單，每秒產(chǎn)生92個(gè)訂單左右。

在估算訂單對(duì)象大小之前，我們先來看下堆中的對(duì)象由哪些元素組成。一個(gè)JVM對(duì)象的大小主要由三部分組成，分別是對(duì)象頭、數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)補(bǔ)齊。對(duì)象頭以及對(duì)象補(bǔ)齊基本變化不大，因此對(duì)象的大小實(shí)際和對(duì)象中的屬性有直接關(guān)系，對(duì)象中的屬性越多，對(duì)象占用的空間大小也就越大。

Mark Word：主要存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括HashCode、GC分代年齡鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖等信息，根據(jù)操作系統(tǒng)位數(shù)的不同而不同，32位的操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的大小就是32bit，64位的操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的大小就是64bit；

Klass Pointer：指向?qū)ο髮?duì)應(yīng)的Class對(duì)象的內(nèi)存地址，根據(jù)不同的操作數(shù)系統(tǒng)占用空間不同，在64位系統(tǒng)中占用8個(gè)字節(jié)；

Array Length：如果當(dāng)前對(duì)象是一個(gè)數(shù)組對(duì)象那么此處存儲(chǔ)的就是數(shù)組的大小，占用4個(gè)字節(jié)，如果不是數(shù)組對(duì)象那么就不占用。

回到我們剛才的案例當(dāng)中，我們來具體估算一個(gè)訂單對(duì)象大概占多少內(nèi)存空間。訂單對(duì)象主要包括了如下的屬性：訂單編號(hào)、商品編號(hào)、商品價(jià)格、創(chuàng)建時(shí)間、付款時(shí)間以及發(fā)貨時(shí)間等，當(dāng)然實(shí)際訂單可能不止這些屬性，我們只是說明對(duì)象大小估算的方法，因此對(duì)屬性進(jìn)行了相應(yīng)的裁剪。如果數(shù)據(jù)層面包含了這些屬性，那么數(shù)據(jù)部分的占用空間大小就是這些屬性的大小總和?？偣补浪阆聛響?yīng)該不到1kb，但是實(shí)際考慮到其他各種占用以及平臺(tái)中肯定不止訂單這一種對(duì)象，還會(huì)有庫(kù)存對(duì)象、積分對(duì)象、物流對(duì)象、營(yíng)銷對(duì)象等等，因此我們考慮將對(duì)象的總和擴(kuò)大30倍進(jìn)行估算，也就是說平臺(tái)中產(chǎn)生的各種對(duì)象的總和為30乘以1kb即為30kb。如果每秒產(chǎn)生92個(gè)對(duì)象的話，那么就相當(dāng)于每秒產(chǎn)生2760kb的對(duì)象，也就是大概2Mb的對(duì)象，另外由于電商平臺(tái)中布置下單這一個(gè)操作，還會(huì)包含訂單查詢、商品查詢等等其他業(yè)務(wù)那么綜合起來我們?cè)俜糯?0倍，也就是說每秒JVM中新增20Mb左右的對(duì)象。對(duì)于一臺(tái)4核8G的服務(wù)器來說，我們可以為服務(wù)分配3G左右的堆內(nèi)存，512Mb左右的元空間。

但是考慮到電商平臺(tái)存在大促場(chǎng)景，這個(gè)時(shí)候的流量可能是平時(shí)的好幾倍，因此我們實(shí)際上需要將堆內(nèi)存中的年輕代進(jìn)行放大，Eden區(qū)可以到1.6G，Survivor區(qū)可以各自200M。這樣可以避免由于年輕代空間不足導(dǎo)致對(duì)象提前進(jìn)入老年代而造成fullGC的頻率變高，從而影響服務(wù)的穩(wěn)定性。

JVM調(diào)優(yōu)思路JVM

理想情況下預(yù)估的JVM參數(shù)應(yīng)該可以cover線上的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，但是假如公司業(yè)務(wù)發(fā)展飛快，業(yè)務(wù)體量迅速膨脹，原先預(yù)估的JVM配置參數(shù)可就不一定能滿足線上生產(chǎn)環(huán)境所有情況，因此異常情況還是會(huì)出現(xiàn)。這里將JVM異常主要分為兩類，一種是代碼導(dǎo)致的JVM異常，另一種是JVM不合理配置導(dǎo)致的異常，包括JVM參數(shù)以及服務(wù)器內(nèi)存配置。

代碼導(dǎo)致的JVM異常

代碼Bug應(yīng)該是導(dǎo)致JVM異常最常見的情況，這種情況我們只能通過調(diào)整代碼才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，因?yàn)榧词古R時(shí)調(diào)整JVM參數(shù)也只是緩兵之計(jì)，并沒有根除問題所在，隨著時(shí)間的推移，業(yè)務(wù)的發(fā)展問題還是會(huì)暴露。所以要想解決根本問題還是需要定位問題代碼來進(jìn)行優(yōu)化。

那么首先我們就需要能夠有手段定位到到底哪部分代碼導(dǎo)致JVM異常。一般分為兩種情況，一種就是已經(jīng)發(fā)生內(nèi)存溢出了，另一種是還沒有發(fā)生內(nèi)存溢出但是已經(jīng)在崩潰的邊緣，系統(tǒng)響應(yīng)也變慢了。如果我們配置了-XX:HeapDumpPath參數(shù)，當(dāng)JVM發(fā)生內(nèi)存溢出的時(shí)候就可以到對(duì)應(yīng)的目錄去找到hprof文件。如果還沒有發(fā)生內(nèi)存溢出，這個(gè)時(shí)候我們可以通過操作命令jmap -dump:format=b,file=/tmp/文件名.hprof <PID>來手動(dòng)導(dǎo)出內(nèi)存快照來進(jìn)行進(jìn)行分析。有了hprof文件之后，我們可以通過MAT工具來分析和定位內(nèi)存溢出代碼位置，然后再進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化。

Java代碼引起的JVM異?？梢苑譃橐韵聨追N情況，我們一起來看看有哪些：

（1）如下圖的例子，客戶端和服務(wù)端建立了websocket連接，如果連接未正常建立，又重新建立連接如果此時(shí)服務(wù)端未將連接關(guān)閉，那么就會(huì)導(dǎo)致重新使用新的請(qǐng)求對(duì)象，隨著時(shí)間的累計(jì)JVM中出現(xiàn)大量對(duì)象來不及回收，導(dǎo)致JVM無法分配新的內(nèi)存空間給服務(wù)中新產(chǎn)生的對(duì)象，最終導(dǎo)致JVM內(nèi)存溢出。由于JVM中堆積了幾千個(gè)RequestIInfo對(duì)象，同時(shí)服務(wù)還在不斷產(chǎn)生新的RequestInfo對(duì)象，最終不可避免地就會(huì)發(fā)生OutOfMemoryError異常。通過MAT我們可以輕松定位到發(fā)生內(nèi)存溢出的代碼位置，搞清楚為什么會(huì)有RequestInfo對(duì)象被創(chuàng)建之后，我們就可以進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化了。

（2）我們?cè)趯?shí)際項(xiàng)目開發(fā)的過程中必定會(huì)涉及到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢，假如沒有控制好數(shù)據(jù)查詢的條件或者說本身查詢的數(shù)據(jù)量就很大。那么就容易造成一次性查詢大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如果全部load到內(nèi)存中就很容易導(dǎo)致內(nèi)存溢出。所以一般涉及到數(shù)據(jù)查詢的代碼要做好相應(yīng)的處理，分頁(yè)查詢也好，限制查詢數(shù)據(jù)量也好或者流式查詢也好，總之不能一次性將大量數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中。

（3）在for循環(huán)或者while循環(huán)中大量創(chuàng)建對(duì)象，最終導(dǎo)致對(duì)象在對(duì)堆內(nèi)存中堆積，這種是由于條件沒有控制好條件導(dǎo)致對(duì)象被不斷創(chuàng)建。

（4）我們都知道JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的虛擬機(jī)棧是線程所獨(dú)有的，JVM啟動(dòng)后會(huì)為每個(gè)線程的虛擬機(jī)棧分配固定大小的內(nèi)存(-Xss參數(shù))，因此虛擬機(jī)棧的深度是確定的，如果代碼中出現(xiàn)不合理的遞歸代碼，就會(huì)造成虛擬機(jī)棧只入棧不出棧，最終導(dǎo)致虛擬機(jī)棧內(nèi)存空間被耗盡，從而產(chǎn)生StackOverFlowError。

當(dāng)我們知道了這些常見的可能導(dǎo)致JVM異常的代碼結(jié)構(gòu)之后，那么在平常做項(xiàng)目編寫代碼的時(shí)候就要時(shí)刻保持警惕。寫完代碼之后自己再回頭看看這段代碼的對(duì)象創(chuàng)建情況是怎樣的，有沒有大對(duì)象緩存，有沒有不合理的while循環(huán)for循環(huán)，會(huì)不會(huì)有可能造成JVM內(nèi)存溢出。當(dāng)我們有了這樣反觀代碼的意識(shí)之后，從根本上JVM內(nèi)存溢出的概率大大降低，有益于線上服務(wù)的穩(wěn)定性。

JVM參數(shù)不合理導(dǎo)致的異常

線上環(huán)境JVM參數(shù)不合理直接影響JVM運(yùn)行穩(wěn)定性。我們都知道對(duì)象都是存放在堆內(nèi)存中的，而堆內(nèi)存又被劃分為年輕代和老年代，新產(chǎn)生的對(duì)象都會(huì)被分配在年輕代對(duì)應(yīng)的堆內(nèi)存中，如果此時(shí)我們?cè)O(shè)置的年輕代過小。那么對(duì)象進(jìn)入到老年代堆空間的概率就會(huì)增大，當(dāng)然引起full GC的可能性也會(huì)大大增加。因此JVM參數(shù)如果設(shè)置的不合理一般是堆內(nèi)存大小、元數(shù)據(jù)區(qū)大小以及垃圾回收器。另外我們需要根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景來選擇對(duì)應(yīng)的垃圾回收器，如果對(duì)于停頓時(shí)間有比較高的要求可以考慮G1和ZGC。

通過上文我們可以明確無論是優(yōu)化業(yè)務(wù)代碼還是參數(shù)調(diào)優(yōu)，其實(shí)都是在避免在堆中遺留過多的對(duì)象?？梢钥吹贸鰜恚琂VM調(diào)優(yōu)的本質(zhì)思想其實(shí)就是生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，為什么這么說呢？你看一方面隨著平臺(tái)業(yè)務(wù)的不斷進(jìn)行，JVM中會(huì)不斷產(chǎn)生對(duì)象，那么平臺(tái)就相當(dāng)于對(duì)象生產(chǎn)者。另一方面垃圾回收器這個(gè)勤勞的小蜜蜂在不斷檢測(cè)哪些對(duì)象已經(jīng)是垃圾對(duì)象，然后根據(jù)策略進(jìn)行垃圾回收釋放內(nèi)存空間，那么JVM就相當(dāng)于對(duì)象消費(fèi)者。一個(gè)生產(chǎn)對(duì)象，一個(gè)消費(fèi)對(duì)象，這可不就是生產(chǎn)者消費(fèi)者模型嘛。所以從這個(gè)角度來看，生產(chǎn)者和消費(fèi)者的動(dòng)態(tài)平衡才能保證JVM的正常運(yùn)行，如果對(duì)象生產(chǎn)地快，而對(duì)象回收地慢就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出等JVM異常。所以JVM調(diào)優(yōu)從本質(zhì)上來說，就是通過各種手段構(gòu)建對(duì)象生產(chǎn)與回收的動(dòng)態(tài)平衡。

JVM常見配置參數(shù)

無論是發(fā)布部署前的JVM參數(shù)預(yù)估還是異常過后的參數(shù)優(yōu)化，都是需要通過調(diào)節(jié)JVM對(duì)應(yīng)的參數(shù)來完成的，因此我們需要掌握常用JVM參數(shù)項(xiàng)及其含義。

JVM常見垃圾回收器

隨著JDK版本的不斷迭代，垃圾回收器同樣也在不斷迭代優(yōu)化。當(dāng)然不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，我們可以選擇不同的垃圾回收器來進(jìn)行應(yīng)對(duì)，而垃圾回收器也在向著回收效率高、停頓時(shí)間短的目標(biāo)不斷進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。

總結(jié)

任何技術(shù)上的優(yōu)化都是建立在對(duì)技術(shù)原理的深刻理解基礎(chǔ)之上的，JVM調(diào)優(yōu)亦是如此。文章中常見的JVM調(diào)優(yōu)手段只不過是一些術(shù)，搞懂JVM的運(yùn)行原理以及垃圾回收機(jī)制才是關(guān)鍵。另外在調(diào)優(yōu)前我們得先搞清楚我們調(diào)優(yōu)的目標(biāo)是什么，有了目標(biāo)的指引，我們才能做到有的放矢。其實(shí)無論是性能優(yōu)化還是業(yè)務(wù)優(yōu)化其實(shí)都是有一定的規(guī)律可以摸索，萬變不離其宗，都是通過觀：觀察當(dāng)前是個(gè)什么樣的狀態(tài)；析：分析整條業(yè)務(wù)鏈路找到可以優(yōu)化的方向以及改造點(diǎn)；優(yōu)：動(dòng)手制定優(yōu)化策略以及驗(yàn)證方法進(jìn)行優(yōu)化實(shí)操。