1. JVM Tuning基礎知識
1.1 Java堆結構
Java堆可以處於物理上不連續的內存空間上，只要邏輯上是連續的即可。Java堆就是各種對象分配和保存的內存空間，線程間共享。Java堆分爲Eden區，Survivor區，tenured區和Permanent區，如下圖所示。
Java堆的分配原則如下：
- Java堆分佈如下圖所示，新的類的實例大部分在Eden（之所以用Eden這個詞也就是表示初創起始的意思）區分配。
- Eden區滿的時候，或者需要GC時，依然存活的對象將被複制到Survivor區，一共有兩個survivor區，當一個survivor區滿時，依然存活的對象將被複制到另一個survivor區。
- 當survivor區全滿時，從第一個survivor區複製過來的，且此時還存活的對象將被複制到Tenured Generation（年老代）
- Perm Generation用於存放靜態文件，持久代大小可以通過MaxPermSize進行設置。
Perm Generation是JVM的駐留內存，用於存放JDK自身攜帶的CLASS，Interface的元數據等。被裝載進此區域的數據是不會被垃圾回收器GC回收掉的，關閉JVM時，釋放此區域所控制的內存。
Java對象的聲明週期在堆中從Young到Tenured，這個期間從Eden誕生到Tenured死亡。當EDEN區不夠用時，將觸發 minor gc，GC會對EDEN區進行垃圾回收，將不再使用的對象進行銷燬，同時如果發現對象還被其他對象引用，則將對象移動到survivor區，後面依此類 推，當Tenured區發生GC時，稱爲major gc，由於java中大部分對象的生命週期都很短，所以GC一般發生在Eden區，因此minor gc發生的頻率比major gc要高很多。如果最後整個堆空間都滿了，則會爆出異常JVM對空間溢出：java.lang.OutOfMemoryError: java heap space。
1.2 JVM GC算法枚舉
Mark-sweep算法
即標記回收算法，將需要回收的對象標記，再統一回收。這種算法適合Perm代的對象，以爲Perm代的存儲空間比較大，需要回收的又不多。
Copying算法
即複製算法，直接拷貝。適合Eden區的對象向survivor區拷貝，因爲Eden區的對象大部分都需要GC，而且Eden區的容量小。
Mark-compact算法
即標記整理算法，與標記清除算法不同，標記整理算法避免了內存碎片問題，它將所有存活的對象向內存的一端移動，“整理”完成後，一端是存活的對象一端是可回收內存，然後直接清除可回收內存。
1.3 GC收集器
Serial收集器
最基本、最古老的收集器。這是一個單線程收集器，GC過程中，應用會被停掉，即stop-the-world。
Parnew收集器
實現代碼與serial差不多，不同的是這是一個多線程回收器。
Paralled scavenge收集器
Paralled scavenger收集器是一個新生代回收器，使用複製算法，也是一個多線程並行收集器。parallel scavenge收集器專注於提高吞吐量，吞吐量定義爲：
吞吐量 = 用戶程序執行時間/（用戶程序執行時間 + 垃圾回收時間）
Serial old收集器
Serial old是Serial收集器的老年代版本。
Parallel old收集器
Parallel Scavenge收集器的老年代版本。使用標記-整理算法。
CMS（concurrent mark sweep）收集器：併發標記清除收集器，以最短停頓時間爲目標的收集器。採用標記—清除算法實現。
2.VisualVM1實際監控JVM狀態
2.1 常用調優參數列表
主要需要熟悉的是總存儲空間大小，各個區的比例設置，針對不同的區設定不同的回收器和回收算法。在默認情況下有些選項是不打開的，因此需要手動配置，並且根據自己應用的情況選擇適當的參數。
| 參數 | 描述 |
| –XX:+UseSerialGC | 使用串行GC收集器 |
| –XX:+UseParallelGC | 使用並行GC收集器 |
| –XX:+UseParallelOldGC | 使用parallel old收集器 |
| –XX:+UseConcMarkSweepGC | 使用CMS收集器 |
| -Xms | 初始狀態堆大小 |
| -Xmx | 堆的最大大小 |
| -XX:MaxPermSize=n | 設置Permanent區的大小 |
| -XX:NewSize=n | 設置Young generation大小 |
| -XX:NewRatio=n | 設置年輕代和年老代的比值 |
2.2 查看並分析GC日誌
對於應用程序，在eclipse中可以通過工程屬性增加VM屬性，將GC輸出保存爲日誌文件。
GC輸出選項：
-XX:+PrintGC 輸出GC日誌 -XX:+PrintGCDetails 輸出GC的詳細日誌 -XX:+PrintGCTimeStamps 輸出GC的時間戳（以基準時間的形式） -XX:+PrintGCDateStamps 輸出GC的時間戳（以日期的形式，如 2013-05-04T21:53:59.234+0800） -XX:+PrintHeapAtGC 在進行GC的前後打印出堆的信息 -Xloggc:../logs/gc.log 日誌文件的輸出路徑
日誌輸出形式：
Java HotSpot(TM) Client VM (25.45-b02) for windows-x86 JRE (1.8.0_45-b14), built on Apr 10 2015 10:46:40 by "java_re" with MS VC++ 10.0 (VS2010) Memory: 4k page, physical 2074576k(402044k free), swap 4149152k(1441572k free) CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=16777216 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation Heap def new generation total 4928K, used 885K [0x04600000, 0x04b50000, 0x09b50000) eden space 4416K, 20% used [0x04600000, 0x046dd5f0, 0x04a50000) from space 512K, 0% used [0x04a50000, 0x04a50000, 0x04ad0000) to space 512K, 0% used [0x04ad0000, 0x04ad0000, 0x04b50000) tenured generation total 10944K, used 0K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000) the space 10944K, 0% used [0x09b50000, 0x09b50000, 0x09b50200, 0x0a600000) Metaspace used 98K, capacity 2242K, committed 2368K, reserved 4480K
編寫了一個簡單的遞歸計算Fibbonaccy數列的程序，並在最後增加了一句System.gc()強制進行Full GC，得到的GC日誌如下，回收後Eden區使用量爲0。當服務器型的應用運行起來時，免不了會有多次GC，通過GC日誌可以比較容易定位性能問題，比如 full gc次數過多等。
{Heap before GC invocations=0 (full 0):
def new generation total 4928K, used 1522K [0x04600000, 0x04b50000, 0x09b50000)
eden space 4416K, 34% used [0x04600000, 0x0477c9e8, 0x04a50000)
from space 512K, 0% used [0x04a50000, 0x04a50000, 0x04ad0000)
to space 512K, 0% used [0x04ad0000, 0x04ad0000, 0x04b50000)
tenured generation total 10944K, used 0K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
the space 10944K, 0% used [0x09b50000, 0x09b50000, 0x09b50200, 0x0a600000)
Metaspace used 259K, capacity 2280K, committed 2368K, reserved 4480K
15.463: [Full GC (System.gc()) 15.477: [Tenured: 0K->776K(10944K), 0.0428098 secs] 1522K->776K(15872K), [Metaspace: 259K->259K(4480K)], 0.0688257 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.07 secs]
Heap after GC invocations=1 (full 1):
def new generation total 4992K, used 0K [0x04600000, 0x04b60000, 0x09b50000)
eden space 4480K, 0% used [0x04600000, 0x04600000, 0x04a60000)
from space 512K, 0% used [0x04a60000, 0x04a60000, 0x04ae0000)
to space 512K, 0% used [0x04ae0000, 0x04ae0000, 0x04b60000)
tenured generation total 10944K, used 776K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
the space 10944K, 7% used [0x09b50000, 0x09c122f0, 0x09c12400, 0x0a600000)
Metaspace used 259K, capacity 2280K, committed 2368K, reserved 4480K
}
Heap
def new generation total 4992K, used 45K [0x04600000, 0x04b60000, 0x09b50000)
eden space 4480K, 1% used [0x04600000, 0x0460b4a8, 0x04a60000)
from space 512K, 0% used [0x04a60000, 0x04a60000, 0x04ae0000)
to space 512K, 0% used [0x04ae0000, 0x04ae0000, 0x04b60000)
tenured generation total 10944K, used 776K [0x09b50000, 0x0a600000, 0x14600000)
the space 10944K, 7% used [0x09b50000, 0x09c122f0, 0x09c12400, 0x0a600000)
Metaspace used 259K, capacity 2280K, committed 2368K, reserved 4480K
測試環境：
JVM: Java HotSpot(TM) Client VM (25.60-b23, mixed mode, sharing)Java: version 1.8.0_60, vendor Oracle Corporation
Step1:
監控界面，能夠直觀地看到JVM各個區域的內存使用情況。除了監視虛擬機，還可以監視應用的內存使用情況。嘗試對Eclipse的啓動進行優化，可以很明顯的看到eclipse啓動時，S0的對象向S1拷貝，而old區的使用量略微增加。
還可以監控當前CPU和內存負載情況，類加載數量和線程數：
Step2：
eclipse安裝目錄下有個.ini文件，即eclipse的配置文件，將需要的參數配置填寫進去即可。啓動eclipse後，查看GC日誌，發現整個啓動過程中共發生了27次GC，其中有3次Full GC，整個啓動過程，我掐指一算大概6~7秒，相當慢了。
通過參數-XX:NewSize=n 將Eden區重設爲128m後，再次啓動eclipse發現，這次就只發生了11次GC，下降了一般還多，啓動速度也明顯比原來快了一些。
Step3：
接着使用-Xverify:none禁掉類加載時的字節碼驗證過程 ，GC次數爲10次， 現在啓動速度基本爲3秒多左右，比原來快了一倍。
{Heap before GC invocations=10 (full 4):
def new generation total 36864K, used 35041K [0x04400000, 0x06bf0000, 0x0eea0000)
eden space 32832K, 100% used [0x04400000, 0x06410000, 0x06410000)
from space 4032K, 54% used [0x06410000, 0x06638570, 0x06800000)
to space 4032K, 0% used [0x06800000, 0x06800000, 0x06bf0000)
tenured generation total 57224K, used 40267K [0x0eea0000, 0x12682000, 0x24400000)
the space 57224K, 70% used [0x0eea0000, 0x115f2ca0, 0x115f2e00, 0x12682000)
Metaspace used 31836K, capacity 33329K, committed 33408K, reserved 34176K
5.742: [GC (Allocation Failure) 5.742: [DefNew: 35041K->4031K(36864K), 0.0193873 secs] 75308K->46613K(94088K), 0.0194649 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
然而這種調優粒度太粗，服務器上程序需要定位更精確的時間，所以需要更多參數來調試。