1.為什么需要進行JVM調(diào)優(yōu)？

假設我們有一個簡單的Java應用程序，它處理大量的數(shù)據(jù)并進行復雜的計算。在運行過程中，我們觀察到應用程序的響應時間逐漸增加，并且在某些情況下會出現(xiàn)長時間的停頓。為了找出問題的根源，通過分析堆棧日志，我們可以了解每個線程在執(zhí)行過程中的狀態(tài)和行為，從而找到性能瓶頸和潛在的問題。

"Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8e04001800 nid=0x5103 waiting on condition [0x000070000e2ef000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
        at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
        at com.example.MyApp.processData(MyApp.java:45)
        at com.example.MyApp.run(MyApp.java:23)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"Thread-2" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8e04002000 nid=0x5203 waiting on condition [0x000070000e3f2000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
        at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
        at com.example.MyApp.processData(MyApp.java:45)
        at com.example.MyApp.run(MyApp.java:23)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"Thread-3" #14 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8e04002800 nid=0x5303 waiting on condition [0x000070000e4f5000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
        - parking to wait for  <0x000000076af8aeb8> (a java.util.concurrent.CountDownLatch$Sync)
        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:

997)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1304)
        at java.util.concurrent.CountDownLatch.await(CountDownLatch.java:231)
        at com.example.MyApp.processData(MyApp.java:60)
        at com.example.MyApp.run(MyApp.java:23)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

從堆棧日志中，我們可以得到以下信息：

• 有多個線程在運行，每個線程都有一個唯一的線程ID（tid）和線程名稱。
• 線程的狀態(tài)（Thread.State）反映了線程當前的活動狀態(tài)，如等待、休眠、阻塞等。
• 每個線程的調(diào)用棧顯示了從線程入口點開始到當前執(zhí)行位置的方法調(diào)用鏈。

通過分析堆棧日志，我們可以發(fā)現(xiàn)以下問題和優(yōu)化點：

• 線程等待和休眠：線程處于等待和休眠狀態(tài)，可能是因為某些操作需要等待外部資源的響應或者進行了不必要的休眠。通過檢查這些操作并嘗試減少等待時間或優(yōu)化休眠邏輯。
• 大量線程執(zhí)行相同的方法：多個線程都在執(zhí)行相同的com.example.MyApp.processData方法。這可能意味著該方法存在性能瓶頸或重復計算的情況?？梢苑治鲈摲椒úL試優(yōu)化算法或使用并發(fā)技術來提高處理速度。
• 線程阻塞：示例中的"Thread-3"線程被阻塞在java.util.concurrent.CountDownLatch.await方法上。這可能是因為某個條件沒有被滿足而導致線程無法繼續(xù)執(zhí)行。檢查并確保條件的正確設置和處理，以避免線程的長時間阻塞。

通過分析堆棧日志，可以深入了解應用程序在運行過程中的行為和性能瓶頸。這有助于我們定位和解決問題，進而進行JVM調(diào)優(yōu)以提升應用程序的性能和穩(wěn)定性。

2.什么情況下可能需要JVM調(diào)優(yōu)

堆內(nèi)存持續(xù)增長：如果應用程序的堆內(nèi)存持續(xù)增長并且接近或達到了最大內(nèi)存限制（由 -Xmx 參數(shù)設置），這可能表明存在內(nèi)存泄漏或者內(nèi)存使用不合理的情況，需要進行調(diào)優(yōu)來優(yōu)化內(nèi)存使用。

頻繁的Full GC：如果應用程序中頻繁發(fā)生Full GC，即對整個堆進行回收的情況，這可能會導致較長的停頓時間和性能下降。調(diào)優(yōu)的目標是盡量減少Full GC的次數(shù)。

垃圾回收停頓時間過長：如果垃圾回收的停頓時間超過了可接受的范圍（一般認為超過1秒），可能會影響應用程序的響應性能和用戶體驗。調(diào)優(yōu)的目標是減小垃圾回收的停頓時間。

內(nèi)存異常：如果應用程序經(jīng)常遇到內(nèi)存異常，如OutOfMemoryError，表明應用程序的內(nèi)存使用超出了JVM的限制，需要調(diào)優(yōu)來提高內(nèi)存的利用率和穩(wěn)定性。

大量占用內(nèi)存的本地緩存：如果應用程序中使用了大量的本地緩存，并且占用了大量的內(nèi)存空間，可能會導致內(nèi)存不足的問題。調(diào)優(yōu)的目標是優(yōu)化緩存策略和內(nèi)存管理，減少內(nèi)存占用。

性能不佳或不穩(wěn)定：如果應用程序的吞吐量和響應性能不高或不穩(wěn)定，可能是由于內(nèi)存管理不當導致的。調(diào)優(yōu)的目標是提高應用程序的性能和穩(wěn)定性。

需要注意的是，進行JVM調(diào)優(yōu)時需要根據(jù)具體情況進行分析和優(yōu)化，同時要進行充分的測試和驗證，以確保調(diào)優(yōu)的效果和穩(wěn)定性。

3.JVM調(diào)優(yōu)參數(shù)

-Xms: 設置Java堆的初始大小。
-Xmx: 設置Java堆的最大大小。
-Xmn: 設置年輕代的大小。
-XX:NewRatio: 設置年輕代和老年代的大小比例。
-XX:SurvivorRatio: 設置Eden區(qū)和Survivor區(qū)的大小比例。
-XX:MaxPermSize（在Java 8及之前版本中使用）或-XX:MaxMetaspaceSize（在Java 8及以后版本中使用）: 設置永久代（或元空間）的最大大小。
-XX:ParallelGCThreads: 設置并行垃圾回收的線程數(shù)。
-XX:ConcGCThreads: 設置并發(fā)標記垃圾回收的線程數(shù)。
-XX:+UseConcMarkSweepGC: 啟用并發(fā)標記清除垃圾回收器。
-XX:+UseParallelGC: 啟用并行垃圾回收器。
-XX:+UseG1GC: 啟用G1垃圾回收器。
-XX:+UseCompressedOops: 啟用壓縮指針，減小對象引用的內(nèi)存占用。
-XX:MaxGCPauseMillis: 設置垃圾回收的最大停頓時間目標。
-XX:+PrintGCDetails: 打印詳細的垃圾回收日志。

啟動jar包時可以通過參數(shù)來設置，如設置初始堆大小為512MB，最大堆大小為1024MB，年輕代和老年代的比例為3:1，并行垃圾回收線程數(shù)為4。

java -Xms512m -Xmx1024m -XX:NewRatio=3 -XX:ParallelGCThreads=4 -jar springboot.jar

除了命令行參數(shù)外，可以在應用程序代碼使用System.setProperty()方法來動態(tài)設置JVM參數(shù)如：
設置并行處理的線程池大小為8

System.setProperty("java.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism", "8");

4.JVM調(diào)優(yōu)參數(shù)設置參考

堆內(nèi)存大?。菏褂?Xms和-Xmx參數(shù)設置堆的最小和最大大小。通常將最小和最大設置為相同的值，以避免堆的收縮和擴展帶來的額外開銷。

年輕代和年老代大小比例：可以通過調(diào)整-XX:NewRatio參數(shù)來調(diào)整年輕代和年老代的大小比例。根據(jù)應用程序對象的生命周期分布和觀察實際情況，選擇合適的大小比例。

年輕代大小設置：使用-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize參數(shù)設置年輕代的絕對大小。通常將這兩個值設置為相同的大小，以避免年輕代的收縮。

年老代收集算法：在配置較好的機器上，可以選擇并行收集算法來提高年老代的垃圾回收效率。使用-XX:+UseParallelOldGC參數(shù)啟用并行年老代收集器。

線程堆棧大?。耗J情況下，每個線程的堆棧大小為1MB?？梢酝ㄟ^調(diào)整-Xss參數(shù)減小線程堆棧大小，以節(jié)省內(nèi)存。

5.JVM內(nèi)部結構

JVM（Java虛擬機）是Java程序運行的環(huán)境，它是一個虛擬的計算機，具有自己的內(nèi)部結構和組件。

1. 類加載器（Class Loader）

類加載器負責將Java字節(jié)碼文件加載到內(nèi)存中，并將其轉換為可執(zhí)行的類。JVM使用了三個主要的類加載器：啟動類加載器（Bootstrap Class Loader）、擴展類加載器（Extension Class Loader）和應用程序類加載器（Application Class Loader）。

2. 運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）

• 方法區(qū)（Method Area）：用于存儲類的結構信息、常量、靜態(tài)變量等。
• 堆（Heap）：用于存儲對象實例，包括年輕代和年老代。
• 虛擬機棧（VM Stack）：每個線程在運行時都會創(chuàng)建一個虛擬機棧，用于存儲局部變量、方法參數(shù)、方法調(diào)用和返回等信息。
• 本地方法棧（Native Method Stack）：用于執(zhí)行本地方法的棧。
• 程序計數(shù)器（Program Counter）：記錄線程當前執(zhí)行的字節(jié)碼指令地址。

3. 垃圾收集器（Garbage Collector）

垃圾收集器負責自動管理內(nèi)存，回收不再使用的對象。JVM中有多種垃圾收集器可供選擇，如Serial、Parallel、CMS（Concurrent Mark and Sweep）和G1（Garbage First）等。它們采用不同的算法和策略來進行垃圾回收。

4. 即時編譯器（Just-In-Time Compiler，JIT）

即時編譯器將Java字節(jié)碼轉換為本地機器代碼，以提高程序的執(zhí)行效率。JIT根據(jù)代碼的熱點（HotSpot）進行動態(tài)編譯，將頻繁執(zhí)行的代碼優(yōu)化為本地機器代碼。

5. 安全管理器（Security Manager）

安全管理器用于保護JVM和應用程序免受惡意代碼的攻擊。它負責檢查和控制Java程序的訪問權限，確保程序運行在安全的環(huán)境中。

6. JNI（Java Native Interface）

JNI允許Java程序調(diào)用本地方法，與底層系統(tǒng)交互。通過JNI，Java程序可以訪問操作系統(tǒng)的功能和其他編程語言的庫。

6.JVM 調(diào)優(yōu)策略

1. 內(nèi)存管理和垃圾回收優(yōu)化

• 基于實時數(shù)據(jù)分析的垃圾回收：通過實時數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化垃圾回收算法的行為，減少停頓時間和內(nèi)存開銷。
• 分代垃圾回收優(yōu)化：針對不同對象的生命周期，采用不同的垃圾回收策略，例如針對年輕代和老年代的不同處理方式。
• 壓縮指針：使用壓縮指針技術，減少對象引用所占的內(nèi)存空間，從而增加可用內(nèi)存量。

2. JIT編譯器優(yōu)化

• 激進編譯：通過激進編譯技術，將更多的代碼段編譯成本地代碼，提前優(yōu)化關鍵路徑，減少解釋執(zhí)行的開銷。
• 編譯優(yōu)化反饋循環(huán)：通過收集運行時數(shù)據(jù)，優(yōu)化編譯器的決策過程，更好地適應應用程序的行為模式。
• 混合模式執(zhí)行：結合解釋執(zhí)行和即時編譯執(zhí)行，根據(jù)代碼的特征和執(zhí)行頻率，選擇最優(yōu)的執(zhí)行方式。

3. 并發(fā)性優(yōu)化

• 并發(fā)垃圾回收：通過并行和并發(fā)的方式執(zhí)行垃圾回收任務，充分利用多核處理器的優(yōu)勢，減少垃圾回收的停頓時間。
• 無鎖數(shù)據(jù)結構：采用無鎖或低鎖的數(shù)據(jù)結構，減少線程之間的競爭和阻塞，提高并發(fā)性能。
• 并行算法和數(shù)據(jù)結構：設計并行算法和數(shù)據(jù)結構，充分利用多核處理器的并行計算能力，提高應用程序的吞吐量和響應性能。

4. 使用工具進行分析和優(yōu)化

• VisualVM：提供實時監(jiān)控和分析JVM的性能和內(nèi)存使用情況，幫助識別性能瓶頸和內(nèi)存泄漏問題。
• Mission Control：提供高級的分析功能，幫助深入了解應用程序的性能特征，并進行實時調(diào)優(yōu)。
• Java Flight Recorder：記錄應用程序的運行數(shù)據(jù)，可進行離線分析和調(diào)優(yōu)。

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