JVM常用内存参数配置

  -Xms

  JVM启动时申请的初始Heap值,默认为操作系统物理内存的1/64但小于1G。默认当空余堆内存大于70%时,JVM会减小heap的大小到-Xms指定的大小,可通过-XX:MaxHeapFreeRation=来指定这个比列。Server端JVM最好将-Xms和-Xmx设为相同值,避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存;开发测试机JVM可以保留默认值。(例如:-Xms4g)

  -Xmx

  JVM可申请的最大Heap值,默认值为物理内存的1/4但小于1G,默认当空余堆内存小于40%时,JVM会增大Heap到-Xmx指定的大小,可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个比列。最佳设值应该视物理内存大小及计算机内其他内存开销而定。(例如:-Xmx4g)

  -Xmn

  Java Heap Young区大小。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小(相对于HotSpot 类型的虚拟机来说)。持久代一般固定大小为64m,所以增大年轻代后,将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。(例如:-Xmn2g)

  程序新创建的对象都是从年轻代分配内存,年轻代由Eden Space和两块相同大小的SurvivorSpace(通常又称S0和S1或From和To)构成,可通过-Xmn参数来指定年轻代的大小,也可以通过-XX:SurvivorRation来调整Eden Space及SurvivorSpace的大小

  老年代用于存放经过多次新生代GC仍然存活的对象,例如缓存对象,新建的对象也有可能直接进入老年代,主要有两种情况:1、大对象,可通过启动参数设置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(单位为字节,默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配,而是直接在老年代分配。2、大的数组对象,且数组中无引用外部对象。老年代所占的内存大小为-Xmx对应的值减去-Xmn对应的值。如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

  -Xss

  Java每个线程的Stack大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K。根据应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000左右。(例如:-Xss1024K)

  -XX:PermSize

  持久代(方法区)的初始内存大小。(例如:-XX:PermSize=64m)

  -XX:MaxPermSize

  持久代(方法区)的最大内存大小。(例如:-XX:MaxPermSize=512m)

  -XX:+UseSerialGC

  串行(SerialGC)是jvm的默认GC方式,一般适用于小型应用和单处理器,算法比较简单,GC效率也较高,但可能会给应用带来停顿

  -XX:+UseParallelGC

  并行(ParallelGC)是指多个线程并行执行GC,一般适用于多处理器系统中,可以提高GC的效率,但算法复杂,系统消耗较大。(配合使用:-XX:ParallelGCThreads=8,并行收集器的线程数,此值最好配置与处理器数目相等)

  -XX:+UseParNewGC

  设置年轻代为并行收集,JKD5.0以上,JVM会根据系统配置自行设置,所以无需设置此值。

  -XX:+UseParallelOldGC

  设置年老代为并行收集,JKD6.0出现的参数选项。

  -XX:+UseConcMarkSweepGC

  并发(ConcMarkSweepGC)是指GC运行时,对应用程序运行几乎没有影响(也会造成停顿,不过很小而已),GC和app两者的线程在并发执行,这样可以最大限度不影响app的运行。

  -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

  在Full GC的时候,对老年代进行压缩整理。因为CMS是不会移动内存的,因此非常容易产生内存碎片。因此增加这个参数就可以在FullGC后对内存进行压缩整理,消除内存碎片。当然这个操作也有一定缺点,就是会增加CPU开销与GC时间,所以可以通过-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=3 这个参数来控制多少次Full GC以后进行一次碎片整理。

  -XX:+CMSInitiatingOccupancyFraction=80

  代表老年代使用空间达到80%后,就进行Full GC。CMS收集器在进行垃圾收集时,和应用程序一起工作,所以,不能等到老年代几乎完全被填满了再进行收集,这样会影响并发的应用线程的空间使用,从而再次触发不必要的Full GC。

  -XX:+MaxTenuringThreshold=10

  垃圾的最大年龄,代表对象在Survivor区经过10次复制以后才进入老年代。如果设置为0,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入老年代。

  JVM启动参数共分为三类:

  1、标准参数(-),所有的JVM实现都必须实现这些参数的功能,而且向后兼容。例如:-verbose:class(输出jvm载入类的相关信息,当jvm报告说找不到类或者类冲突时可此进行诊断);-verbose:gc(输出每次GC的相关情况);-verbose:jni(输出native方法调用的相关情况,一般用于诊断jni调用错误信息)。

  2、非标准参数(-X),默认jvm实现这些参数的功能,但是并不保证所有jvm实现都满足,且不保证向后兼容。例如:-Xms512m;-Xmx512m;-Xmn200m;-Xss128k;-Xloggc:file(与-verbose:gc功能类似,只是将每次GC事件的相关情况记录到一个文件中,文件的位置最好在本地,以避免网络的潜在问题。若与verbose命令同时出现在命令行中,则以-Xloggc为准)。

  3、非Stable参数(-XX),此类参数各个jvm实现会有所不同,将来可能会随时取消,需要慎重使用。例如:-XX:PermSize=64m;-XX:MaxPermSize=512m。

  不管是YGC还是Full GC,GC过程中都会对导致程序运行中中断,正确的选择不同的GC策略,调整JVM、GC的参数,可以极大的减少由于GC工作,而导致的程序运行中断方面的问题,进而适当的提高Java程序的工作效率。但是调整GC是以个极为复杂的过程,由于各个程序具备不同的特点,如:web和GUI程序就有很大区别(Web可以适当的停顿,但GUI停顿是客户无法接受的),而且由于跑在各个机器上的配置不同(主要cup个数,内存不同),所以使用的GC种类也会不同(如何选择见GC种类及如何选择)。本文将注重介绍JVM、GC的一些重要参数的设置来提高系统的性能。 JVM内存组成及GC相关内容请见之前的文章:JVM内存组成 GC策略&内存申请。JVM参数的含义实例见实例分析如下:

  并行收集器相关参数:

  CMS相关参数:

  辅助信息:

  3.1 GC性能方面的考虑

  对于GC的性能主要有2个方面的指标:吞吐量throughput(工作时间不算gc的时间占总的时间比)和暂停pause(gc发生时app对外显示的无法响应)。

  1、Total Heap,默认情况下,vm会增加/减少heap大小以维持free space在整个vm中占的比例,这个比例由MinHeapFreeRatio和MaxHeapFreeRatio指定。一般而言,server端的app会有以下规则:对vm分配尽可能多的memory;将Xms和Xmx设为一样的值。如果虚拟机启动时设置使用的内存比较小,这个时候又需要初始化很多对象,虚拟机就必须重复地增加内存。处理器核数增加,内存也跟着增大。

  2、The Young Generation,另外一个对于app流畅性运行影响的因素是young generation的大小。younggeneration越大,minor collection越少;但是在固定heap size情况下,更大的young generation就意味着小的tenured generation,就意味着更多的major collection(major collection会引发minor collection)。NewRatio反映的是young和tenured generation的大小比例。NewSize和MaxNewSize反映的是young generation大小的下限和上限,将这两个值设为一样就固定了young generation的大小(同Xms和Xmx设为一样)。如果希望,SurvivorRatio也可以优化survivor的大小,不过这对于性能的影响不是很大。SurvivorRatio是eden和survior大小比例。一般而言,server端的app会有以下规则:首先决定能分配给vm的最大的heap size,然后设定最佳的young generation的大小;如果heap size固定后,增加young generation的大小意味着减小tenured generation大小。让tenured generation在任何时候够大,能够容纳所有live的data(留10%-20%的空余)。

  3.2 经验&规则

  1、年轻代大小选择:响应时间优先的应用:尽可能设大,直到接近系统的最低响应时间限制(根据实际情况选择).在此种情况下,年轻代收集发生的频率也是最小的.同时,减少到达年老代的对象;吞吐量优先的应用:尽可能的设置大,可能到达Gbit的程度.因为对响应时间没有要求,垃圾收集可以并行进行,一般适合8CPU以上的应用;避免设置过小.当新生代设置过小时会导致:1.YGC次数更加频繁 2.可能导致YGC对象直接进入旧生代,如果此时旧生代满了,会触发FGC.

  2、年老代大小选择:响应时间优先的应用:年老代使用并发收集器,所以其大小需要小心设置,一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数.如果堆设置小了,可以会造成内存碎 片,高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式;如果堆大了,则需要较长的收集时间.最优化的方案,一般需要参考以下数据获得,并发垃圾收集信息、持久代并发收集次数、传统GC信息、花在年轻代和年老代回收上的时间比例。吞吐量优先的应用:一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代.原因是,这样可以尽可能回收掉大部分短期对象,减少中期的对象,而年老代尽存放长期存活对象。

  3、较小堆引起的碎片问题:因为年老代的并发收集器使用标记,清除算法,所以不会对堆进行压缩.当收集器回收时,他会把相邻的空间进行合并,这样可以分配给较大的对象.但是,当堆空间较小时,运行一段时间以后,就会出现"碎片",如果并发收集器找不到足够的空间,那么并发收集器将会停止,然后使用传统的标记,清除方式进行回收.如果出现"碎片",可能需要进行如下配置:-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:使用并发收集器时,开启对年老代的压缩;-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0:上面配置开启的情况下,这里设置多少次Full GC后,对年老代进行压缩。

  4、使用CMS的好处是用尽量少的新生代,经验值是128M-256M, 然后老生代利用CMS并行收集, 这样能保证系统低延迟的吞吐效率。实际上cms的收集停顿时间非常的短,2G的内存, 大约20-80ms的应用程序停顿时间

  5、系统停顿的时候可能是GC的问题也可能是程序的问题,多用jmap和jstack查看,或者killall -3 java,然后查看java控制台日志,能看出很多问题。(相关工具的使用方法将在后面的blog中介绍)。

  6、仔细了解自己的应用,如果用了缓存,那么年老代应该大一些,缓存的HashMap不应该无限制长,建议采用LRU算法的Map做缓存,LRUMap的最大长度也要根据实际情况设定。

  7、采用并发回收时,年轻代小一点,年老代要大,因为年老大用的是并发回收,即使时间长点也不会影响其他程序继续运行,网站不会停顿。

  8、JVM参数的设置(特别是 –Xmx –Xms –Xmn-XX:SurvivorRatio -XX:MaxTenuringThreshold等参数的设置没有一个固定的公式,需要根据PV old区实际数据 YGC次数等多方面来衡量。为了避免promotion faild可能会导致xmn设置偏小,也意味着YGC的次数会增多,处理并发访问的能力下降等问题。每个参数的调整都需要经过详细的性能测试,才能找到特定应用的最佳配置。

  3.3 PromotionFailed:

  垃圾回收时promotionfailed是个很头痛的问题,一般可能是两种原因产生,第一个原因是救助空间不够,救助空间里的对象还不应该被移动到年老代,但年轻代又有很多对象需要放入救助空间;第二个原因是年老代没有足够的空间接纳来自年轻代的对象;这两种情况都会转向Full GC,网站停顿时间较长。

  解决方方案一:

  第一个原因我的最终解决办法是去掉救助空间,设置-XX:SurvivorRatio=65536 -XX:MaxTenuringThreshold=0即可,第二个原因我的解决办法是设置CMSInitiatingOccupancyFraction为某个值(假设70),这样年老代空间到70%时就开始执行CMS,年老代有足够的空间接纳来自年轻代的对象。

  解决方案一的改进方案:

  又有改进了,上面方法不太好,因为没有用到救助空间,所以年老代容易满,CMS执行会比较频繁。我改善了一下,还是用救助空间,但是把救助空间加大,这样也不会有promotion failed。具体操作上,32位Linux和64位Linux好像不一样,64位系统似乎只要配置MaxTenuringThreshold参数,CMS还是有暂停。为了解决暂停问题和promotion failed问题,最后我设置-XX:SurvivorRatio=1 ,并把MaxTenuringThreshold去掉,这样即没有暂停又不会有promotoin failed,而且更重要的是,年老代和永久代上升非常慢(因为好多对象到不了年老代就被回收了),所以CMS执行频率非常低,好几个小时才执行一次,这样,服务器都不用重启了。

-Xmx4000M -Xms4000M -Xmn600M-XX:PermSize=500M -XX:MaxPermSize=500M -Xss256K -XX:+DisableExplicitGC-XX:SurvivorRatio=1 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC-XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0-XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:LargePageSizeInBytes=128M-XX:+UseFastAccessorMethods -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0-XX:+PrintClassHistogram -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps-XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:log/gc.log

  3.4 CMSInitiatingOccupancyFraction值与Xmn的关系公式

  上面介绍了promontionfaild产生的原因是EDEN空间不足的情况下将EDEN与From survivor中的存活对象存入To survivor区时,To survivor区的空间不足,再次晋升到old gen区,而old gen区内存也不够的情况下产生了promontion faild从而导致full gc.那可以推断出:eden+from survivor < old gen区剩余内存时,不会出现promontion faild的情况,即:

(Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction/100)>=(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)) 进而推断出:CMSInitiatingOccupancyFraction<=((Xmx-Xmn)-(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)))/(Xmx-Xmn)*100

  例如:当xmx=128 xmn=36SurvivorRatior=1时CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-36)-(36-36/(1+2)))/(128-36)*100=73.913;

  当xmx=128 xmn=24SurvivorRatior=1时CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-24)-(24-24/(1+2)))/(128-24)*100=84.615…

  当xmx=3000 xmn=600SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((3000.0-600)-(600-600/(1+2)))/(3000-600)*100=83.33

CMSInitiatingOccupancyFraction低于70% 需要调整xmn或SurvivorRatior值。

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