Written by Halatu Hubisi
引言
有JAVA開發經驗的朋友們一定碰到過下面的這種情況,那就是自己所開發的應用運行了一段時間后其性能或者響應速度會有明顯的降低.這是由多方面的原因造成的即有程序本身的優化問題,也有運行環境問題.此運行環境即包括硬件環境也包括軟件環境.大多數人第一個能想到的解決方法是提升硬件的配置而忽略了程序本身的運行環境JVM也提供了比較多的調優選項.本文將重點描述利用JVM的一些選項對GC進行調優.
約定:
1.讀者應具備一定JAVA的知識.
2.本文中的JVM選項均以SUN公司發布的HotSpot JVM 5為準（不過大多數的選項在JVM1.3,JVM1.4中也是可用的）.
3.以JAVA_HOME下demo/jfc/SwingSet2/SwingSet2.jar為例進行說明.
4.閱讀本文需要一些關于GC的知識，可以到附錄A中了解這些知識。
關鍵字:
JVM(java虛擬機),調優,GC(垃圾回收)
JVM GC調優
為了能夠將JVM GC的調優能夠使用在具體的實踐當中,下面將利用若干個例子來說明GC的調優.
例1：Heap size 設置
JVM堆的設置是指java程序運行過程中JVM可以調配使用的內存空間的設置.JVM在啟動的時候會自動設置Heap size的值，其初始空間(即-Xms)是物理內存的1/64，最大空間(-Xmx)是物理內存的1/4。可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項可進行設置。Heap size 的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。
當在JAVA_HOME下demo/jfc/SwingSet2/目錄下執行下面的命令。
java -jar -Xmn4m -Xms16m -Xmx16m SwingSet2.jar
系統輸出為：
Exception in thread "Image Fetcher 0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread "Image Fetcher 3" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread "Image Fetcher 1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread "Image Fetcher 2" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
除了這些異常信息外，還會發現程序的響應速度變慢了。這說明Heap size 設置偏小，GC占用了更多的時間，而應用分配到的執行時間較少。
提示：在JVM中如果98％的時間是用于GC且可用的Heap size 不足2％的時候將拋出此異常信息。
將上面的命令換成以下命令執行則應用能夠正常使用，且未拋出任何異常。
java -jar -Xmn4m -Xms16m -Xmx32m SwingSet2.jar
提示：Heap Size 最大不要超過可用物理內存的80％，一般的要將-Xms和-Xmx選項設置為相同，而-Xmn為1/4的-Xmx值。
例2：Young Generation（-Xmn）的設置
在本例中看一下Young Generation的設置不同將有什么現象發生。
假設將Young generation 的大小設置為4M ，即執行java -jar -verbose:gc -Xmn4m -Xms32m -Xmx32m -XX:+PrintGCDetails SwingSet2.jar，屏幕輸出如下（節選）
[GC [DefNew: 3968K->64K(4032K), 0.0923407 secs] 3968K->2025K(32704K), 0.0931870 secs]
[GC [DefNew: 4021K->64K(4032K), 0.0356847 secs] 5983K->2347K(32704K), 0.0365441 secs]
[GC [DefNew: 3995K->39K(4032K), 0.0090603 secs] 6279K->2372K(32704K), 0.0093377 secs]
[GC [DefNew: 3992K->23K(4032K), 0.0057540 secs] 6325K->2356K(32704K), 0.0060290 secs]
[GC [DefNew: 3984K->27K(4032K), 0.0013058 secs] 6317K->2360K(32704K), 0.0015888 secs]
[GC [DefNew: 3981K->59K(4032K), 0.0023307 secs] 6315K->2422K(32704K), 0.0026091 secs]
將程序體制并將Young Generation的大小設置為8M，即執行java -jar -verbose:gc -Xmn8m -Xms32m -Xmx32m -XX:+PrintGCDetails SwingSet2.jar，屏幕輸出如下（節選）
[GC [DefNew: 7808K->192K(8000K), 0.1016784 secs] 7808K->2357K(32576K), 0.1022834 secs]
[GC [DefNew: 8000K->70K(8000K), 0.0149659 secs] 10165K->2413K(32576K), 0.0152557 secs]
[GC [DefNew: 7853K->59K(8000K), 0.0069122 secs] 10196K->2403K(32576K), 0.0071843 secs]
[GC [DefNew: 7867K->171K(8000K), 0.0075745 secs] 10211K->2681K(32576K), 0.0078376 secs]
[GC [DefNew: 7970K->192K(8000K), 0.0201353 secs] 10480K->2923K(32576K), 0.0206867 secs]
[GC [DefNew: 7979K->30K(8000K), 0.1787079 secs] 10735K->4824K(32576K), 0.1790065 secs]
那么根據GC輸出的信息（這里取第一行）做一下Minor收集的比較。可以看出兩次的Minor收集分別在Young generation中找回3904K（3968K->64K）和7616K(7808K->192K)而對于整個jvm則找回1943K（3968K->2025）和5451K（7808K->2357K）。第一種情況下Minor收集了大約50％（1943/3904）的對象，而另外的50％的對象則被移到了tenured generation。在第二中情況下Minor收集了大約72％的對象，只有不到30％的對象被移到了Tenured Generation.這個例子說明此應用在的Young generation 設置為4m時顯的偏小。
提示：一般的Young Generation的大小是整個Heap size的1/4。Young generation的minor收集率應一般在70％以上。當然在實際的應用中需要根據具體情況進行調整。
例3：Young Generation對應用響應的影響
還是使用-Xmn4m 和-Xmn8m進行比較，先執行下面的命令
java -jar -verbose:gc -Xmn4m -Xms32m -Xmx32m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime SwingSet2.jar
屏幕輸出如下（節選）
Application time: 0.5114944 seconds
[GC [DefNew: 3968K->64K(4032K), 0.0823952 secs] 3968K->2023K(32704K), 0.0827626 secs]
Total time for which application threads were stopped: 0.0839428 seconds
Application time: 0.9871271 seconds
[GC [DefNew: 4020K->64K(4032K), 0.0412448 secs] 5979K->2374K(32704K), 0.0415248 secs]
Total time for which application threads were stopped: 0.0464380 seconds
Young Generation 的Minor收集占用的時間可以計算如下：應用線程被中斷的總時常/（應用執行總時?L+應用線程被中斷的總時常），那么在本例中垃圾收集占用的時?L約為系統的5％~14％。那么當垃圾收集占用的時間的比例越大的時候，系統的響應將越慢。
提示：對于互聯網應用系統的響應稍微慢一些，用戶是可以接受的，但是對于GUI類型的應用響應速度慢將會給用戶帶來非常不好的體驗。
例4：如何決定Tenured Generation 的大小
分別以-Xmn8m -Xmx32m和-Xmn8m -Xmx64m進行對比，先執行
java -verbose:gc -Xmn8m -Xmx32m-XX:+PririntGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps java類，命令行將提示（只提取了Major收集）
111.042: [GC 111.042: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000505 secs]111.042: [Tenured: 18154K->2311K(24576K), 0.1290354 secs] 26282K->2311K(32704K), 0.1293306 secs]
122.463: [GC 122.463: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000560 secs]122.463: [Tenured: 18630K->2366K(24576K), 0.1322560 secs] 26758K->2366K(32704K), 0.1325284 secs]
133.896: [GC 133.897: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000443 secs]133.897: [Tenured: 18240K->2573K(24576K), 0.1340199 secs] 26368K->2573K(32704K), 0.1343218 secs]
144.112: [GC 144.112: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000544 secs]144.112: [Tenured: 16564K->2304K(24576K), 0.1246831 secs] 24692K->2304K(32704K), 0.1249602 secs]
再執行java -verbose:gc -Xmn8m -Xmx64m-XX:+PririntGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps java類，命令行將提示（只提取了Major收集）
90.597: [GC 90.597: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000542 secs]90.597: [Tenured: 49841K->5141K(57344K), 0.2129882 secs] 57969K->5141K(65472K), 0.2133274 secs]
120.899: [GC 120.899: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000550 secs]120.899: [Tenured: 50384K->2430K(57344K), 0.2216590 secs] 58512K->2430K(65472K), 0.2219384 secs]
153.968: [GC 153.968: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000511 secs]153.968: [Tenured: 51164K->2309K(57344K), 0.2193906 secs] 59292K->2309K(65472K), 0.2196372 secs]
可以看出在Heap size 為32m的時候系統等候時間約為0.13秒左右，而設置為64m的時候等候時間則增大到0.22秒左右了。但是在32m的時候系統的Major收集間隔為10秒左右，而Heap size 增加到64m的時候為30秒。那么應用在運行的時候是選擇32m還是64m呢？如果應用是web類型（即要求有大的吞吐量）的應用則使用64m（即heapsize大一些）的比較好。對于要求實時響應要求較高的場合（例如GUI型的應用）則使用32m比較好一些。
注意：
1。因為在JVM5運行時已經對Heap-size進行了優化，所以在能確定java應用運行時不會超過默認的Heap size的情況下建議不要對這些值進行修改。
2。Heap size的 -Xms -Xmn 設置不要超出物理內存的大小。否則會提示“Error occurred during initialization of VM Could not reserve enough space for object heap”。
例5:如何縮短minor收集的時間
下面比較一下采用-XX:+UseParNewGC選項和不采用它的時候的minor收集將有什么不同。先執行
java -jar -server -verbose:gc -Xmn8m -Xms32m -Xmx32m SwingSet2.jar
系統將輸出如下信息（片段〕
[GC 7807K->2641K(32576K), 0.0676654 secs]
[GC 10436K->3108K(32576K), 0.0245328 secs]
[GC 10913K->3176K(32576K), 0.0072865 secs]
[GC 10905K->4097K(32576K), 0.0223928 secs]
之后再執行 java -jar -server -verbose:gc -XX:+UseParNewGC -Xmn8m -Xms32m -Xmx32m SwingSet2.jar
系統將輸出如下信息（片段〕
[ParNew 7808K->2656K(32576K), 0.0447687 secs]
[ParNew 10441K->3143K(32576K), 0.0179422 secs]
[ParNew 10951K->3177K(32576K), 0.0031914 secs]
[ParNew 10985K->3867K(32576K), 0.0154991 secs]
很顯然使用了-XX:+UseParNewGC選項的minor收集的時間要比不使用的時候優。
例6:如何縮短major收集的時間
下面比較一下采用-XX:+UseConcMarkSweepGC選項和不采用它的時候的major收集將有什么不同。先執行
java -jar -verbose:gc -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -Xmn64m -Xms256m -Xmx256m SwingSet2.jar
系統將輸出如下信息（片段〕
[Full GC 22972K->18690K(262080K), 0.2326676 secs]
[Full GC 18690K->18690K(262080K), 0.1701866 secs
之后再執行 java -jar -verbose:gc -XX:+UseParNewGC -Xmn64m -Xms256m -Xmx256m SwingSet2.jar
系統將輸出如下信息（片段〕
[Full GC 56048K->18869K(260224K), 0.3104852 secs]
提示：此選項在Heap Size 比較大而且Major收集時間較長的情況下使用更合適。
例7:關于-server選項 在JVM中將運行中的類認定為server-class的時候使用此選項。SUN 的Hot Spot JVM5 如果判斷到系統的配置滿足如下條件則自動將運行的類認定為server-class，并且會自動設置jvm的選項（當沒有手工設置這選項的時候〕而且HOTSPOT JVM5提供了自動調優的功能，他會根據JVM的運行情況進行調整。如果沒有特別的需要是不需要太多的人工干預的。SUN形象的稱這個機制為“人體工學”（Ergonomics〕。具體可以參考http://java.sun.com/docs/hotspot/gc5.0/ergo5.html
*.具有2個或更多個物理的處理器
*.具有2G或者更多的物理內存
提示：此選項要放在所有選項的前面。例如：java -server 其他選項 java類
附錄A:預備知識
．JVM中對象的劃分及管理
JVM根據運行于其中的對象的生存時間大致的分為3種。并且將這3種不同的對象分別存放在JVM從系統分配到的不同的內存空間。這種對象存放空間的管理方式叫做Generation管理方式。
1。Young Generation：用于存放“早逝”對象（即瞬時對象）。例如：在創建對象時或者調用方法時使用的臨時對象或局部變量。
2。Tenured Generation：用于存放“駐留”對象（即較長時間被引用的對象）。往往體現為一個大型程序中的全局對象或長時間被使用的對象。
3。Perm Generation：用于存放“永久”對象。這些對象管理著運行于JVM中的類和方法。
．JVM選項的分類
JVM有這么幾種選項供使用.
1.供-X選項使用的項目,又稱為非標準選項，不同廠商的此類型選項是有所不同的。例如：IBM的JVM用的一些選項在Sun的JVM中就不一定能生效。這種選項的使用方式如下:
java -Xmn16m -Xms64m -Xmx64m java類名
2.供-XX選項使用的項目，這種類型的選項可能要求有對系統信息訪問的權限。所以要慎用。這種選項的使用方式如下:
java -XX:MaxHeapFreeRatio=70 -XX:+PrintGCDetails java類名
3.java選項(即在命令行執行java后提示的選項).
java -server -verbose:gc -d64 java類名
．垃圾收集分類
在JVM中有兩種垃圾方式，一種叫做Minor（次收集），另一種叫做Major（主收集）。其中Minor在Young Generation的空間被對象全部占用后執行，主要是對Young Generation中的對象進行垃圾收集。而Major是針對于整個Heap size的垃圾收集。其中Minor方式的收集經常發生，并且Minor收集所占用的系統時間小。Major方式的垃圾收集則是一種“昂貴”的垃圾收集方式，因為在Major要對整個Heap size進行垃圾收集,這會使得應用停頓的時間變得較長。
．GC信息的格式
[GC [<collector>: <starting occupancy1> -> <ending occupancy1>, <pause time1> secs] <starting occupancy3> -> <ending occupancy3>, <pause time3> secs]
<collector> GC為minor收集過程中使用的垃圾收集器起的內部名稱.
<starting occupancy1> young generation 在進行垃圾收集前被對象使用的存儲空間.
<ending occupancy1> young generation 在進行垃圾收集后被對象使用的存儲空間
<pause time1> minor收集使應用暫停的時間長短(秒)
<starting occupancy3> 整個堆(Heap Size)在進行垃圾收集前被對象使用的存儲空間
<ending occupancy3> 整個堆(Heap Size)在進行垃圾收集后被對象使用的存儲空間
<pause time3> 整個垃圾收集使應用暫停的時間長短(秒),包括major收集使應用暫停的時間(如果發生了major收集).
．GC信息的選項
-XX:+PrintGCDetails 顯示GC的詳細信息
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 打印應用執行的時間
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打印應用被暫停的時間
提示:1.":"后的"+"號表示開啟此選項,如果是"-"號那么表示關閉此選項。
2.在不同的選項和不同的收集方式和類型下輸出的格式會有所不同。
附錄B：HotSpot JVM 選項
請參考JavaTM HotSpot VM Options
附錄C：其他資源
http://java.sun.com/docs/hotspot/gc5.0/gc_tuning_5.html
http://java.sun.com/docs/hotspot/gc5.0/ergo5.html
posted on 2007-07-20 11:53
Derek.Guo 閱讀(1795)
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