優(yōu)化Java堆大小的5個技巧

/優(yōu)化Java堆大小的5個技巧摘要：Java堆容量不足可以對性能造成很大影響，這樣無疑就給程序帶來不可必要的麻煩，本文總結(jié)了影響Java堆容量不足的五大原因以及巧妙地去優(yōu)化？本文作者Pierre是一名有10多年經(jīng)驗的高級系統(tǒng)架構(gòu)師，他的主要專業(yè)領(lǐng)域是JavaEE、中間件和JVM技術(shù)。根據(jù)他多年的工作實踐經(jīng)驗，他發(fā)現(xiàn)許多性能問題都是由Java堆容量不足和調(diào)優(yōu)引起的。下面他將和大家分享非常實用的5個Java堆優(yōu)化技巧。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途1.JVM：對難以理解的東西產(chǎn)生恐懼感千萬不要以為，通過配置，調(diào)優(yōu)，就可以排除那些你所不明白的問題。有些人認(rèn)為Java程序員不需要知道內(nèi)部JVM內(nèi)存管理。毫無疑問，這種觀點明顯是錯誤的，如果想拓寬知識面和提升排除故障能力，你就必須要了解和學(xué)習(xí)一下JVM內(nèi)存管理。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途對于Java或者是JavaEE新手來說，JavaHeap調(diào)優(yōu)和故障排除是一項非常有挑戰(zhàn)的工作。下面會提供一些典型的案例場景：資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途客戶端環(huán)境面臨著有規(guī)律的OutOfMemoryError錯誤并且對業(yè)務(wù)造成了很大的影響。你的開發(fā)團(tuán)隊要在如此大的壓力下去解決這個問題，通常會怎么做？用谷歌搜索引擎找到類似的問題并且你會相信（或假設(shè)）你也面臨同樣的問題。你會抓住JVM-Xms和存在OutOfMemoryError異常這幾個關(guān)鍵字的例子，然后希望通過這樣的案例來快速解決客戶端問題。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途最后你會在你環(huán)境中使用相同的調(diào)優(yōu)方法。兩天后，問題仍然發(fā)生（甚至更糟或者稍微好點）……到底是哪里錯了呢？首先，沒有摸清問題根源所在？對開發(fā)環(huán)境沒有正確地進(jìn)行深層面（規(guī)格、負(fù)載情況等）理解。網(wǎng)絡(luò)搜索是一個非常優(yōu)秀的學(xué)習(xí)方法和知識分享工具，但是你必須結(jié)合自己的實際項目，從根本上進(jìn)行分析解決。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途可能缺乏基本的JVM和JVM內(nèi)存管理技能，阻止你把所有的點給連接起來。今天講的第一條技巧是幫助你理解基本的JVM原則及其與眾不同的內(nèi)存空間。這些知識都是相當(dāng)重要的，它可以幫助你做出有效的調(diào)優(yōu)策略、更加正確合理的預(yù)測將來會產(chǎn)生的影響、提前知道未來需要做哪些調(diào)優(yōu)工作。下面來看一下JVM參考指南：資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途JVM內(nèi)存分為3個內(nèi)存空間JavaHeap：適用于所有的JVM廠商，通常用來拆分YoungGen（幼苗）和OldGen（終身享用）空間。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途PermGen（永久代）：適用于SunHotSpotVM（(PermGen空間在Java7或者Java8更新中將會被刪除）資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途NativeHeap（C-Heap）：適用于所有的JVM廠商。建議把下面的文章都能看一遍，最好把Sun的Java內(nèi)存管理白皮書和OpenJDKS實現(xiàn)下載下來并仔細(xì)閱讀。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途SunHotSpotVM資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途IBMVM資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途OracleJRockitVM資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途Sun(Oracle)–Javamemorymanagementwhitepaper資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途OpenJDK–Open-sourceJavaimplementation資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途正如你所看到的，JVM內(nèi)存管理比使用Xmx設(shè)置最大值更為復(fù)雜。你需要查看每個角度，包括本地和PermGen需求以及從主機(jī)上查看物理內(nèi)存可用性（CPUcore）。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途在較大的JavaHeap和較小的本地Heap比賽中，32位虛擬機(jī)可能會變得相當(dāng)棘手。試圖在一個32位VM如2.5GB+上設(shè)置一個大型堆，根據(jù)應(yīng)用程序占用和線程數(shù)量等因素會增加OutOfMemoryError這個異常拋出。64位JVM可以解決這個問題，但物理資源可用性和垃圾回收成本仍然是有限制的（成本主要集中在GC大小收集上）。最大并不表示是最好的，所以請不要假設(shè)在一個16GB的64位虛擬機(jī)上可以運行20個JavaEE應(yīng)用程序。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途2.數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序為王：回顧靜態(tài)占用需求應(yīng)用程序以及相關(guān)數(shù)據(jù)將決定Java堆空間占用需求。通過靜態(tài)內(nèi)存，可“預(yù)測”下面的內(nèi)存需求：確定將會有多少不同的應(yīng)用程序部署到預(yù)先計劃的一個單獨的JVM進(jìn)程上，例如有多少個ear文件、war文件、jar文件等。在一個JVM上部署的應(yīng)用程序越多，對本機(jī)堆的需求就越多。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途確定有多少個類需要在運行時加載：包括第三方API。越多的類加載器和類在運行時被加載，在HotSpotVMPermGen空間和內(nèi)部JIT相關(guān)優(yōu)化對象上的需求就越高。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途確定數(shù)據(jù)緩存占用，如應(yīng)用程序加載內(nèi)部緩存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（和第三方API），例如數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)緩存，從文件中讀取數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)緩存使用越多，JavaHeapOldGen空間需求就越高。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途確定允許建立的中間件線程數(shù)量。這是非常重要的，因為Java線程需要足夠的本機(jī)內(nèi)存，否則會拋OutOfMemoryError異常。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途在JVM進(jìn)程上部署的應(yīng)用程序越多，對本地內(nèi)存和PermGen空間的要求就越高。數(shù)據(jù)緩存并不是序列化為一個磁盤或數(shù)據(jù)庫，它將從OldGen空間里面需要額外的內(nèi)存。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途設(shè)法對靜態(tài)內(nèi)存占用進(jìn)行合理的評估，在真正進(jìn)行數(shù)據(jù)測試之前，設(shè)置一些JVM能力起點是非常有用的。對于32位JVM,通常不推薦一個Java堆大小超過2GB(-Xms2048m,-Xmx2048m)，對于JavaEE應(yīng)用程序和線程來說這樣將需要足夠的內(nèi)存和本機(jī)堆PermGen。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途這個評估是非常重要因為太多的應(yīng)用程序部署在一個32位JVM進(jìn)程上很容易導(dǎo)致本機(jī)堆耗盡；尤其是在多重線程環(huán)境。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途對于64位JVM，一個3GB或者4GB的Java堆/JVM進(jìn)程是推薦的起點。3.業(yè)務(wù)流量設(shè)置規(guī)則：審查動態(tài)內(nèi)存占用需求業(yè)務(wù)流量通常會決定動態(tài)內(nèi)存占用。通過觀察各種監(jiān)控工具可以發(fā)現(xiàn)并發(fā)用戶與請求生成的JVMGC“心跳”，這是由于頻繁的創(chuàng)建和垃圾回收短期或者長期對象。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途一個典型的32位JVM，Java堆大小設(shè)置在2GB(使用分代&并發(fā)收集器)通常為500MBYoungGen分配空間和1.5GB的OldGen空間。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途最大限度地減少重大GC收集的頻率是獲得最佳性能的關(guān)鍵因素，所以在高峰的時候理解和評估需要多少內(nèi)存是非常重要的。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途再次聲明，應(yīng)用程序類型和數(shù)據(jù)將決定內(nèi)存需求。購物車的應(yīng)用程序類型（長期居住的對象）涉及大型和非序列化會話數(shù)據(jù)，這個通常需要大型Java堆和很多OldGen空間。無狀態(tài)和XML處理（很多短命的對象）繁重的應(yīng)用程序需要適當(dāng)YoungGen空間，以盡量減少頻率主要集合。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途例如：你有5個ear應(yīng)用程序（2000多個Java類）要部署（包含中間件代碼）本地堆需求估計為1GB（必須足夠大以處理線程創(chuàng)建等等。）PermGen空間大約是512MB。內(nèi)部靜態(tài)緩存大約500MB在高峰時間，總預(yù)測流量是5000個并發(fā)用戶每個用戶的會話數(shù)據(jù)大約500K在高峰期間，總流量會話要求是2.5GB。正如你所看到的一樣，在如此情況下，32位JVM進(jìn)程就無法滿足。一個典型的解決方案是進(jìn)行流量拆分，在幾個JVM進(jìn)程或物理主機(jī)（假設(shè)有足夠的硬件和CPUcore可用）上。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途大多數(shù)時候，業(yè)務(wù)流量將推動內(nèi)存占用。除非你需要大量的數(shù)據(jù)緩存來實現(xiàn)適當(dāng)?shù)男阅?，典型的門戶應(yīng)用網(wǎng)站（媒體）繁重的應(yīng)用程序需求。數(shù)據(jù)緩存太多的時候應(yīng)該用一個黃色的標(biāo)志標(biāo)注一下，最好早點去重新審視一下一些設(shè)計元素。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途4.量體裁衣這一條，你應(yīng)該做到：理解基本的JVM原則和內(nèi)存空間。對所有應(yīng)用程序有深入的了解及其它們的特點（大小、類型、動態(tài)流量、無狀態(tài)對象VS有狀態(tài)對象、內(nèi)部內(nèi)存緩存等）。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途對預(yù)測業(yè)務(wù)流量（并發(fā)用戶）給每一個應(yīng)用程序能提出很好的觀點—如果你需要一個64位的虛擬內(nèi)存，那么將設(shè)置哪個作為開始。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途如果需要多個JVM（中間件）過程。等一下，這樣做并不足夠。雖然上面的信息是至關(guān)重要的，并且關(guān)于Java堆的設(shè)置進(jìn)行了“最佳猜測”，對應(yīng)用程序的行為進(jìn)行模擬并且進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?、?fù)載和性能測試來驗證Java堆內(nèi)存要求。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途推薦Jprofiler工具給大家，學(xué)習(xí)如何使用一個分析器的最好方法是正確理解應(yīng)用程序的內(nèi)存占用。另一個方法是使用EclipseMAT工具根據(jù)現(xiàn)有的環(huán)境進(jìn)行堆轉(zhuǎn)儲分析。堆轉(zhuǎn)儲非常強(qiáng)大，它可以允許你查看和理解Java堆的整個內(nèi)存占用，包含類加載器相關(guān)數(shù)據(jù)和在內(nèi)存占用分析中必須要做的，特別是內(nèi)存泄漏。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途Java分析器和堆轉(zhuǎn)儲分析工具允許你理解和驗證應(yīng)用程序內(nèi)存足跡，包含內(nèi)存泄漏的檢測和解決方案。負(fù)載測試和性能測試是必不可少的，通過模擬并發(fā)用戶來驗證早期評估是否正確，它也會把應(yīng)用程序瓶頸暴露出來并且允許你進(jìn)行微調(diào)。推薦一個非常容易上手的工具：ApacheJmeter。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途最后將看一下這樣的情況，應(yīng)用程序在JavaEE環(huán)境非常正常，直到有一天完全正常的設(shè)備啟動失敗，例如硬件問題。突然的環(huán)境運行能力下降和整體環(huán)境下降，到底發(fā)生了什么？資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途引起“多米諾效應(yīng)”的原因有很多，但缺少JVM調(diào)優(yōu)和處理故障轉(zhuǎn)移的能力（短期額外負(fù)荷）是很常見的。如果JVM進(jìn)程運行在80%+OldGen空間容量和頻繁的垃圾收集,你如何預(yù)期故障轉(zhuǎn)移場景?資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途前面模擬的負(fù)載和性能測試應(yīng)該模擬這樣的場景，調(diào)整你的調(diào)優(yōu)設(shè)置使您的Java堆有足夠的緩沖來處理額外的負(fù)載(額外的對象)在短期內(nèi)。這主要適用于動態(tài)內(nèi)存占用，由于故障轉(zhuǎn)移意味著將重定向一些固定的并發(fā)用戶給可利用的JVM進(jìn)程（中間件實例）。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途5.分而治之這一條的前提是你已經(jīng)完成了幾十個負(fù)載測試。JVM已經(jīng)不存在泄露，你的應(yīng)用程序內(nèi)存不能再進(jìn)行任何減少。你已經(jīng)嘗試了幾個調(diào)優(yōu)策略，例如使用一個64位的Java堆空間在10GB以上。多個GC策略，盡管這樣，仍然沒有找到合適的可以接受的性能水平？資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途與當(dāng)前的JVM規(guī)范相比，適當(dāng)?shù)拇怪焙退缴炜s，包括在每個物理主機(jī)和跨多個主機(jī)上建立JVM進(jìn)程來滿足整個吞吐量和容量。如果在幾個邏輯倉、自身的JVM進(jìn)程、線程和調(diào)優(yōu)值里打破應(yīng)用程序列表那么IT環(huán)境的容錯能力將更強(qiáng)大。資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途“分而治