jvm分析&調優
在平時的java開發工作中，特別是將應用部署到服務器之後，經常會出現各種各樣的問題，例如內存泄漏、死鎖、CPU飆高等。下面我們就來學習掌握一些工具來分析到底是哪裏出了問題，做到及時定位問題、有效解決問題。
一、空間查看
1.1 磁盤空間
df --help 查看命令使用幫助說明
df -h #查看磁盤空間大小
du -sh #查看當前文件夾所有文件大小
du -h /home #查看指定文件夾大小
du -h /home/ #查看指定文件夾下所有文件的大小
du -h login.log #查看指定文件大小
df /home #查看目錄掛載點
df /home -kh #加上-kh以g單位顯示
du -sh ./* #統計當前目錄各文件夾大
du /home/ -h --max-depth=1 #查看home文件夾下文件大小
1.2 內存空間
free [options]，默認情況下，即在沒有選項的情況下，"free"命令顯示內存的使用信息。默認按照k（b）的計數單位統計。
free -b/k/m/g/h ( free -h：以適於人類可讀方式顯示內存信息。-h與其他命令最大不同是-h選項會在數字後面加上適於人類可讀的單位)
free -s N：表示每隔n秒打印一次內存信息，直到用ctrl+c結束
free -c N：表示重複打印內存信息n次
free -hs N： 以人類可讀的方式，每隔ns打印一次內存信息，直到ctrl+c結束
free -s N -c M：每隔n秒打印一次內存信息，共打印m次
- total：表示 總計物理內存的大小。
- used：表示 已使用多少。
- free：表示 可用內存多少。
- Shared：表示多個進程共享的內存總額。
- Buffers/cached：表示 磁盤緩存的大小。
二、進程確定
2.1 查看比較耗內存的進程
top //shift+m 按內存佔用比排序
參數含義
第一行：
21:31:22 當前系統時間
up 16 days, 6:03 系統已經運行了16天6小時03分鐘（在這期間沒有重啓過）
2 users 當前有2個用戶登錄系統
load average: 0.03, 0.06, 0.05 load average後面的三個數分別是1分鐘、5分鐘、15分鐘的負載情況。load average數據是每隔5秒鐘檢查一次活躍的進程數，然後按特定算法計算出的數值。如果這個數除以邏輯 CPU的數量，結果高於5的時候就表明系統在超負荷運轉了。第二行： Tasks 任務（進程）
系統現在共有87個進程，其中 running（運行） 2個，sleep（休眠）85 個，stopped 0個，zombie（殭屍） 1個。第三行：cpu狀態
2.7% us 用戶空間佔用CPU的百分比。
3.0% sy 內核空間佔用CPU的百分比。
0.0% ni 改變過優先級的進程佔用CPU的百分比
94.4% id 空閒CPU百分比
0.0% wa IO等待佔用CPU的百分比
0.0% hi 硬中斷（Hardware IRQ）佔用CPU的百分比
0.0% si 軟中斷（Software Interrupts）佔用CPU的百分比第四行：內存狀態
1014864k total 物理內存總量（991M）
80320k free 空閒內存總量（79M）
753356k used 使用中的內存總量（735M）
179808k buffers/cached 緩存的內存量 （175M）使用中的內存總量（used）指的是現在系統內核控制的內存數，空閒內存總量（free）是內核還未納入其管控範圍的數量。納入內核管理的內存不見得都在使用中，還包括過去使用過的現在可以被重複利用的內存，內核並不把這些可被重新使用的內存交還到free中去，因此在linux上free內存會越來越少，但不用爲此擔心。
如果出於習慣去計算可用內存數，這裏有個近似的計算公式：第四行的free + 第四行的buffers + 第五行的cached，按這個公式此臺服務器的可用內存： 79 +175 + 99 = 353M。
對於內存監控，在top裏我們要時刻監控第五行swap交換分區的used，如果這個數值在不斷的變化，說明內核在不斷進行內存和swap的數據交換，這是真正的內存不夠用了。
第五行：swap交換分區
0k total 交換區總量（0M）
0k used 使用的交換區總量（0M）
0k free 空閒交換區總量（0M）
101588k avail Mem 緩衝的交換區總量（99M）第七行以下：各進程（任務）的狀態監控
PID 進程id
USER 進程所有者
PR 進程優先級
NI nice值。負值表示高優先級，正值表示低優先級
VIRT 進程使用的虛擬內存總量，單位kb。VIRT=SWAP+RES
RES 進程使用的、未被換出的物理內存大小，單位kb。RES=CODE+DATA
SHR 共享內存大小，單位kb
S 進程狀態。D=不可中斷的睡眠狀態 R=運行 S=睡眠 T=跟蹤/停止 Z=殭屍進程
%CPU 上次更新到現在的CPU時間佔用百分比
%MEM 進程使用的物理內存百分比
TIME+ 進程使用的CPU時間總計，單位1/100秒
COMMAND 進程名稱（命令名/命令行）
2.2 查看java進程
1.jps:虛擬機進程狀況工具
jps主要用來輸出JVM中運行的進程狀態信息。語法格式如下：
jps [options] [hostid]
第一個參數：options
-q 不輸出類名、Jar名和傳入main方法的參數
-m 輸出傳入main方法的參數
-l 輸出main類或Jar的全限名
-v 輸出傳入JVM的參數
第二個參數：hostid
主機或者是服務器的id，如果不指定，就默認爲當前的主機或者是服務器。
2.ps -ef|grep tomcat 或者 ps -aux|grep tomcat
三、jvm 性能監控工具
工具主要是爲了解決問題而生的，就是由於我們的程序存在着一些性能問題，纔有了這些工具。其實當我們在下載完成JDK，裏面就包含了一些性能檢測工具，在JDK安裝目錄下有很多性能監控工具。
- jps：虛擬機進程狀況工具
- jstat：虛擬機統計信息監視工具
- jmap：Java內存印象工具
- jhat：虛擬機堆轉儲快照分析工具
- jstack：Java堆棧跟蹤工具
- jinfo：Java配置信息工具
1、jps:虛擬機進程狀況工具
jps主要用來輸出JVM中運行的進程狀態信息。語法格式如下：
jps [options] [hostid]
第一個參數：options
-q 不輸出類名、Jar名和傳入main方法的參數
-m 輸出傳入main方法的參數
-l 輸出main類或Jar的全限名
-v 輸出傳入JVM的參數
第二個參數：hostid
主機或者是服務器的id，如果不指定，就默認爲當前的主機或者是服務器。2、jstack：堆棧跟蹤工具
jstack用於生成虛擬機當前時刻的線程快照。語法格式如下：
jstack [option] vmid
第一個參數：option
第二個參數：vmid
vmid是Java虛擬機ID，在Linux/Unix系統上一般就是進程ID。
3、jstat:虛擬機統計信息監控工具
jstat監視虛擬機各種運行狀態信息，可以顯示本地或者是遠程虛擬機進程中的類裝載、內存、垃圾收集、JIT編譯等運行數據。語法格式如下：
jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval] [count]] ]
第一個參數：generalOption | outputOptions
這個參數表示的option，代表着用戶希望查詢的虛擬機信息，分爲類加載、垃圾收集、運行期編譯狀況3類。
第二個參數：vmid
vmid是Java虛擬機ID，在Linux/Unix系統上一般就是進程ID。
第三個參數：interval
interval是採樣時間間隔，
第四個參數：count
count表示的是採樣數。4、jinfo：實時地查看和調整虛擬機各項參數
命令格式:
jinfo [option] pid
第一個參數：option
第二個參數：pid
指定顯示的進程id。5、jmap：生成虛擬機的內存轉儲快照（heapdump文件）
jmap（Memory Map for Java，內存映像工具），用於生成堆轉存的快照，一般是heapdump或者dump文件。如果不適用jmap命令，可以使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError參數，當虛擬機發生內存溢出的時候可以產生快照。或者使用kill -3 pid也可以產生。jmap的作用並不僅僅是爲了獲取dump文件，它可以查詢finalize執行隊列，java堆和永久代的詳細信息，如空間使用率，當前用的哪種收集器。命令格式如下：
jmap [option] vmid
第一個參數：
第二個參數：vmid
vmid是Java虛擬機ID，在Linux/Unix系統上一般就是進程ID.6、jhat：分析內存轉儲快照，不推薦使用，而且慢
由於這個工具功能比較簡陋，運行起來也比較耗時，所以這個工具不推薦使用，推薦使用MAT。7、JConsole：JMX的可視化管理工具
這個工具相比較前面幾個工具，使用率比較高，很重要。它是一個java GUI監視工具，可以以圖表化的形式顯示各種數據。並可通過遠程連接監視遠程的服務器VM。用java寫的GUI程序，用來監控VM，並可監控遠程的VM，非常易用，而且功能非常強。
在cmd裏面輸入 jconsole，選則進程就可以了。（前提是在IDE工具先建立一個線程運行着）
然後我們選擇了相應的選項之後，進入這個工具就會出現下面這個界面
在上面有菜單，我們可以選擇其中一個進行查看，就可以了，這個用具用起來很方便，也是我之前用的比較多的工具。8、VisualVM：多合一故障管理工具
這個工具也很牛bility。它同jconsole都是一個基於圖形化界面的、可以查看本地及遠程的JAVA GUI監控工具，Jvisualvm同jconsole的使用方式一樣，直接在命令行打入jvisualvm即可啓動，jvisualvm界面更美觀一些，數據更實時。
四、jvm調優
4.1 配置參數
在tomcat/bin/catalina.sh的配置開始位置添加：
JAVA_OPTS="-Djava.awt.headless=true -XX:+PrintGCDetails -Dfile.encoding=UTF-8 -server -Xms128m -Xmx512m -XX:NewSize=1m -XX:MaxNewSize=256m -XX:MetaspaceSize=64m -XX:MaxMetaspaceSize=256m"
參數說明：
| -Xms | 初始堆的分配大小，默認爲物理內存的六十四分之一 |
| -Xmx | 堆的最大分配大小（默認爲物理內存的四分之一）,在實際工作中，可以直接將初始的堆大小與最大堆大小相等，減少程序運行時垃圾回收的次數，提高效率。 如：-Xms512m -Xmx512m |
| -Xmn | 新生代堆最大可用值（默認爲堆內存的64分之一） |
| -XX:NewSize和-XX:MaxNewSize | 用於設置年輕代的大小，建議設爲整個堆大小的1/3或者1/4,兩個值設爲一樣大。 |
| -XX:+PrintGC | 每次觸發GC的時候打印相關日誌 |
| -XX:+PrintGCDetails | 打印詳細的GC日誌 |
| -XX:+UseSerialGC | 串行回收 |
| -XX:SurvivorRatio 含以-XX:SurvivorRatio=eden/from=den/to |
用來設置新生代中rom:to:eden空間的比例 (默認1:1:8，即-XX:SurvivorRatio=8） 在實際工作中，我們可以直接將初始的堆大小與最大堆大小相等，這樣的好處是可以減少程序運行時垃圾回收次數，從而提高效率。 |
| -XX:NewRatio |
設置年輕代和年老代的比值（默認爲2）。如:爲3，表示年輕代與年老代比值爲1：3，年輕代佔整個年輕代年老代和的1/4 |
| -Xss | 每個線程堆棧的大小。一般情況下256K是足夠了，會影響此進程中併發線程數大小。 |
JVM參數調優總結
在JVM啓動參數中，可以設置跟內存、垃圾回收相關的一些參數設置，默認情況不做任何設置JVM會工作的很好，但對一些配置很好的Server和具體的應用必須仔細調優才能獲得最佳性能。通過設置我們希望達到一些目標：
- GC的時間足夠的小
- GC的次數足夠的少
- 發生Full GC的週期足夠的長
前兩個目前是相悖的，要想GC時間小必須要一個更小的堆，要保證GC次數足夠少，必須保證一個更大的堆，我們只能取其平衡。
- 針對JVM堆的設置，一般可以通過-Xms -Xmx限定其最小、最大值，爲了防止垃圾收集器在最小、最大之間收縮堆而產生額外的時間，我們通常把最大、最小設置爲相同的值。
- 年輕代和年老代將根據默認的比例（1：2）分配堆內存，可以通過調整二者之間的比率NewRadio來調整二者之間的大小，也可以針對回收代，比如年輕代，通過 -XX:newSize -XX:MaxNewSize來設置其絕對大小。同樣，爲了防止年輕代的堆收縮，我們通常會把-XX:newSize -XX:MaxNewSize設置爲同樣大小
- 年輕代和年老代設置多大才算合理？這個我問題毫無疑問是沒有答案的，否則也就不會有調優。我們觀察一下二者大小變化有哪些影響：
- 更大的年輕代必然導致更小的年老代，大的年輕代會延長普通GC的週期，但會增加每次GC的時間；
- 小的年老代會導致更頻繁的Full GC，更小的年輕代必然導致更大年老代，小的年輕代會導致普通GC很頻繁，但每次的GC時間會更短；大的年老代會減少Full GC的頻率。
- 如何選擇應該依賴應用程序對象生命週期的分佈情況：如果應用存在大量的臨時對象，應該選擇更大的年輕代；如果存在相對較多的持久對象，年老代應該適當增大。
但很多應用都沒有這樣明顯的特性，在抉擇時應該根據以下兩點：（A）本着Full GC儘量少的原則，讓年老代儘量緩存常用對象，JVM的默認比例1：2也是這個道理 （B）通過觀察應用一段時間，看其他在峯值時年老代會佔多少內存，在不影響Full GC的前提下，根據實際情況加大年輕代，比如可以把比例控制在1：1。但應該給年老代至少預留1/3的增長空間。
4.2 怎麼樣避免發生內存泄露和溢出
- a、儘早釋放無用對象的引用
- b、使用字符串處理，避免使用String，應大量使用StringBuffer，每一個String對象都得獨立佔用內存一塊區域
- c、儘量少用靜態變量，因爲靜態變量存放在永久代（方法區），永久代基本不參與垃圾回收
- d、避免在循環中創建對象
- e、開啓大型文件或從數據庫一次拿了太多的數據很容易造成內存溢出，所以在這些地方要大概計算一下數據量的最大值是多少，並且設定所需最小及最大的內存空間值。