JVM調(diào)優(yōu)好用的內(nèi)存分析工具
對(duì)于高并發(fā)訪問量的電商、物聯(lián)網(wǎng)、金融、社交等系統(tǒng)來說，JVM內(nèi)存優(yōu)化是非常有必要的，可以提高系統(tǒng)的吞吐量和性能。通常調(diào)優(yōu)的首選方式是減少FGC次數(shù)或者FGC時(shí)間，以避免系統(tǒng)過多地暫停。FGC達(dá)到理想值后，比如一天或者兩天觸發(fā)一次FGC。FCT時(shí)間優(yōu)化為100～300毫秒后，再減少YoungGC次數(shù)或者YoungGC時(shí)間，YoungGC仍然會(huì)消耗CPU資源，優(yōu)化YoungGC調(diào)用次數(shù)和消耗的CPU資源，可以提高系統(tǒng)的吞吐量。
優(yōu)化GC前，必須獲取GC的實(shí)際使用情況，最好的方式是通過CG Log收集垃圾回收日志，通過一些可視化工具查看垃圾回收分析數(shù)據(jù)，比如GCEasy。持續(xù)優(yōu)化和對(duì)比優(yōu)化前后的GC Log，能確認(rèn)吞吐量和性能是否得到提升。
下面推薦幾個(gè)常用的內(nèi)存分析命令和工具
jstat命令
JDK自帶的jstat命令用于查看虛擬機(jī)垃圾回收的情況，如下命令使用gcutil參數(shù)輸出堆內(nèi)存使用情況統(tǒng)計(jì)：
此命令顯示進(jìn)程為pid的內(nèi)存使用匯總，1000毫秒輸出一次，總共輸出100行。-h 20表示每20行輸出一次表頭。-gcutil表示顯示JVM內(nèi)存使用匯總統(tǒng)計(jì)：
列表顯示了虛擬機(jī)各個(gè)代的使用情況，描述了堆內(nèi)存的使用占比和垃圾回收次數(shù)，以及占用時(shí)間，具體含義如下：
- S0，第一個(gè)幸存區(qū)使用比值。
- S1，第二個(gè)幸存區(qū)的使用率。
- E，伊甸園區(qū)的使用比值。
- O，老年代。
- M，方法區(qū)、元空間使用率。
- CCS，壓縮使用比值。
- YGC，年輕代垃圾回收次數(shù)。
- YGCT，年輕帶垃圾回收占用時(shí)間。
- FGC，全局垃圾回收次數(shù)，這對(duì)性能影響至關(guān)重要。
- FGCT，全局垃圾回收的消耗時(shí)間。
- GCT，總的垃圾回收時(shí)間。
可以看到S0、S1、E變化頻率高，說明程序在頻繁創(chuàng)建生命周期短的對(duì)象，F(xiàn)GC為0，表示還未做過全局垃圾回收。如果FGC變化頻率很高，則說明系統(tǒng)性能和吞吐量將下降，或者可能出現(xiàn)內(nèi)存溢出。
其他查看匯總信息的常用選項(xiàng)如下：
- -gc，類似gcutil，gcutil以百分比形式顯示內(nèi)存的使用情況，gc顯示的是內(nèi)存占用的字節(jié)數(shù)，以KB的形式輸出堆內(nèi)存的使用情況。
- -gccause，類似gcutil，額外輸出GC的原因。
jmap命令
jmap命令用于保存虛擬機(jī)內(nèi)存鏡像到文件中，然后可以使用JVisualVM或者M(jìn)AT工具進(jìn)行進(jìn)一步分析。命令如下：?
需要注意，實(shí)際系統(tǒng)會(huì)有2GB到8GB內(nèi)存，此命令會(huì)導(dǎo)致虛擬機(jī)暫停工作1～3秒。還有一種是被動(dòng)獲取方式，當(dāng)虛擬機(jī)出現(xiàn)內(nèi)存溢出的時(shí)候，會(huì)主動(dòng)“dump”內(nèi)存文件。添加虛擬機(jī)啟動(dòng)參數(shù)：?
當(dāng)虛擬機(jī)判斷達(dá)到內(nèi)存溢出觸發(fā)條件的時(shí)候，會(huì)有如下輸出并保存鏡像文件：?
當(dāng)獲得鏡像文件后，打開JvisualVM工具，選擇菜單“File”，點(diǎn)擊裝入，選擇我們保存過的dump文件，這時(shí)面板會(huì)打開內(nèi)存鏡像文件。打開較大的內(nèi)存鏡像文件需要較長的時(shí)間，需要耐心等候，其他工具，如MAT，或者商業(yè)的YourKit Java Profiler打開鏡像文件更快，分析功能更強(qiáng)大。
GCeasy
GCeasy是一個(gè)分析GC日志文件的在線網(wǎng)站，能根據(jù)上傳的GC日志，以圖表形式顯示GC回收過程和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。下圖顯示的是GC性能的統(tǒng)計(jì)情況，如吞吐量顯示為99.935%，說明只有少量CPU資源用于垃圾回收。最長的GC時(shí)間是20毫秒，屬于正常范圍。在測試JVM參數(shù)調(diào)整是否能增加吞吐量，減小垃圾回收占用的CPU時(shí)，可以使用這個(gè)統(tǒng)計(jì)功能。
下圖統(tǒng)計(jì)了GC總的時(shí)間和回收的字節(jié)數(shù)，也顯示了Full GC的統(tǒng)計(jì)情況。
JMC
Java Mission Control簡稱JMC，是JDK自帶的工具，是一個(gè)高性能的對(duì)象監(jiān)視、管理、產(chǎn)生時(shí)間分析和診斷的工具套件，筆者主要用來追蹤熱點(diǎn)代碼與熱點(diǎn)線程，是主要的內(nèi)存優(yōu)化調(diào)優(yōu)工具。
類似JVisualVM，通過JMX連接進(jìn)入JMC控制臺(tái)。
通過連接到遠(yuǎn)程JVM進(jìn)程后，可以執(zhí)行飛行記錄（FlightRecord），選擇飛行記錄存放的路徑與執(zhí)行時(shí)間即可，如下圖所示。需要注意的是，執(zhí)行飛行記錄功能時(shí)會(huì)對(duì)當(dāng)前JVM進(jìn)程有一定的性能影響（大約為5%～10%），所以建議JMC連接隔離環(huán)境中的服務(wù)器并執(zhí)行飛行記錄功能。
通過一段時(shí)間的記錄，飛行記錄可以反映線程的繁忙程度，以及CPU的熱點(diǎn)方法。
使用熱點(diǎn)方法可以直接找到最耗時(shí)的幾個(gè)方法，對(duì)熱點(diǎn)方法重點(diǎn)優(yōu)化就可以使CPU的使用率下降一大截。
飛行記錄還可以反映內(nèi)存增長的熱點(diǎn)方法，以及顯示單位時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建的最多對(duì)象的方法。下圖為找到的內(nèi)存對(duì)象中創(chuàng)建的最多的char[]的方法，一個(gè)是Fastjson，另一個(gè)是Kryo。
小結(jié)：通過JMC的熱點(diǎn)方法的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化，筆者通過對(duì)線上系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化使得CPU使用率下降了40%、內(nèi)存GC頻率下降了100%以上。
MAT
MAT是Memory Analyzer的簡稱，它是一款功能強(qiáng)大的Java堆內(nèi)存分析器，可以分析具有數(shù)億個(gè)對(duì)象的內(nèi)存鏡像，快速計(jì)算對(duì)象大小，自動(dòng)找到嫌疑的泄漏對(duì)象并形成內(nèi)存泄漏報(bào)告。MAT是基于Eclipse開發(fā)的，是一款免費(fèi)的內(nèi)存鏡像分析工具，是筆者發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏原因的主要工具。
通過File-Open Heap Dump可以打開內(nèi)存鏡像文件，顯示內(nèi)容如下圖所示。
它提供了Leak Suspects 報(bào)告，輸出有可能發(fā)生內(nèi)存泄漏的對(duì)象。
OQL
OQL語句類似SQL語句，可以在VisualVM、MAT等大多數(shù)內(nèi)存鏡像分析工具中執(zhí)行，完成對(duì)象查找任務(wù)。
對(duì)于程序員和架構(gòu)師來說，Java系統(tǒng)的性能優(yōu)化是一個(gè)超常規(guī)的挑戰(zhàn)。
這是因?yàn)镴ava語言和Java運(yùn)行平臺(tái)，以及Java生態(tài)的復(fù)雜性決定了Java系統(tǒng)的性能優(yōu)化不再是簡單的升級(jí)配置或者簡單的 "空間換時(shí)間”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這涉及Java的各種知識(shí)點(diǎn)，如編寫高性能Java代碼，Java代碼的編譯優(yōu)化，運(yùn)行時(shí)刻的JIT優(yōu)化，JVM的內(nèi)存管理優(yōu)化等，還包括如何使用高性能的第三方開源工具，以及微服務(wù)和分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要關(guān)注的性能事項(xiàng)。
