JVM优化

转自：http://blog.163.com/java3_2005/blog/static/367699592011101110263117/

不同的Java虚拟机中，执行引擎可能实现得非常不同.第三种执行引擎是自适应优化器。在这种方法里，虚拟机开始的时候解释字节码，但是会监视运行中程序的活动，并且记录下使用最频繁的代码段。程序运行的时 候，虚拟机只把那些活动最频繁的代码编译成本地代码，其他的代码由于使用得不是很频繁，继续保留为字节码-由虚拟机继续解释它们。一个自适应的优化器可以 使得Java虚拟机在80%~90%的时间里执行被优化过的本地代码，而只需要编译10%~20%的对性能有影响的代码。java虚拟机便是这种。Java中有两种方法: Java方法和本地方法。Java方法是由Java语言编写，编译成字节码文件，存储在class文件中的。本地方法是由其他语言(比如c,c++或汇编语言)编写的，编译成何处理器相关的机器代码。本地方法是联系Java程序和底层主机操作系统的连接方法。

由于Stack的内存管理是顺序分配的，而且定长，不存在内存回收问题；而Heap 则是随机分配内存，不定长度，存在内存分配和回收的问题；因此在JVM中另有一个GC进程，定期扫描Heap ，它根据Stack中保存的4字节对象地址扫描Heap ，定位Heap 中这些对象，进行一些优化（例如合并空闲内存块什么的），并且假设Heap 中没有扫描到的区域都是空闲的，统统refresh（实际上是把Stack中丢失了对象地址的无用对象清除了），这就是垃圾收集的过程
总结一下该过程：当一个class文件被ClassLoader load进入JVM后，方法指令保存在Stack中，此时Heap 区没有数据。然后程序技术器开始执行指令，如果是静态方法，直接依次执行指令代码，当然此时指令代码是不能访问Heap 数据区的；如果是非静态方法，由于隐含参数没有值，会报错。因此在非静态方法执行前，要先new对象，在Heap 中分配数据，并把Stack中的地址指针交给非静态方法，这样程序技术器依次执行指令，而指令代码此时能够访问到Heap 数据区了。
在JVM中，静态属性保存在Stack指令内存区，动态属性保存在Heap数据内存区。

Java 6 JVM参数选项大全（中文版）

转载本文档请注明原文链接 http://kenwublog.com/docs/java6-jvm-options-chinese-edition.htm！

本文是基于最新的SUN官方文档Java SE 6 Hotspot VM Options 编写的译文。主要介绍JVM中的非稳态选项及其使用说明。

为了让读者明白每个选项的含义，作者在原文基础上补充了大量的资料。希望这份文档，对正在研究JVM参数的朋友有帮助

非稳态选项使用说明

-XX:+<option> 启用选项

-XX:-<option> 不启用选项

-XX:<option>=<number> 给选项设置一个数字类型值，可跟单位，例如 32k, 1024m, 2g
-XX:<option>=<string> 给选项设置一个字符串值，例如-XX:HeapDumpPath=./dump.core

 

行为选项

选项

默认值与限制

描述

-XX:-AllowUserSignalHandlers

限于Linux和Solaris，默认不启用

允许为java进程安装信号处理器。

Java信号处理相关知识，详见 http://kenwublog.com/java-asynchronous-notify-based-on-signal

-XX:-DisableExplicitGC

默认不启用

禁止在运行期显式地调用 System.gc()。

 

开启该选项后，GC的触发时机将由Garbage Collector全权掌控。
注意：你熟悉的代码里没调用System.gc()，不代表你依赖的框架工具没在使用。

例如RMI就在多数用户毫不知情的情况下，显示地调用GC来防止自身OOM。

请仔细权衡禁用带来的影响。

-XX:-RelaxAccessControlCheck

默认不启用

在Class校验器中，放松对访问控制的检查。

 

作用与reflection里的setAccessible类似。

-XX:-UseConcMarkSweepGC

默认不启用

启用CMS低停顿垃圾收集器。

 

资料详见：http://kenwublog.com/docs/CMS_GC.pdf

-XX:-UseParallelGC

-server时启用

其他情况下，默认不启用

策略为新生代使用并行清除，年老代使用单线程Mark-Sweep-Compact的垃圾收集器。

-XX:-UseParallelOldGC

默认不启用

策略为老年代和新生代都使用并行清除的垃圾收集器。

-XX:-UseSerialGC

-client时启用

其他情况下，默认不启用

使用串行垃圾收集器。

-XX:+UseSplitVerifier

java5默认不启用

java6默认启用

使用新的Class类型校验器 。

新Class类型校验器有什么特点？
新Class类型校验器，将老的校验步骤拆分成了两步：
1，类型推断。
2，类型校验。

新类型校验器通过在javac编译时嵌入类型信息到bytecode中，省略了类型推断这一步，从而提升了classloader的性能。

 

Classload顺序（供参考）
load -> verify -> prepare -> resove -> init

关联选项：
-XX:+FailOverToOldVerifier

-XX:+FailOverToOldVerifier

Java6新引入选项，默认启用

如果新的Class校验器检查失败，则使用老的校验器。

 

为什么会失败？

因为JDK6最高向下兼容到JDK1.2，而JDK1.2的class info 与JDK6的info存在较大的差异，所以新校验器可能会出现校验失败的情况。

关联选项：
-XX:+UseSplitVerifier

-XX:+HandlePromotionFailure    

java5以前是默认不启用，java6默认启用

关闭新生代收集担保。

什么是新生代收集担保？
在一次理想化的minor gc中，Eden和First Survivor中的活跃对象会被复制到Second Survivor。
然而，Second Survivor不一定能容纳下所有从E和F区copy过来的活跃对象。

为了确保minor gc能够顺利完成，GC需要在年老代中额外保留一块足以容纳所有活跃对象的内存空间。
这个预留操作，就被称之为新生代收集担保（New GenerationGuarantee）。如果预留操作无法完成时，仍会触发major gc(full gc)。

为什么要关闭新生代收集担保？
因为在年老代中预留的空间大小，是无法精确计算的。

为了确保极端情况的发生，GC参考了最坏情况下的新生代内存占用，即Eden+First Survivor。

这种策略无疑是在浪费年老代内存，从时序角度看，还会提前触发Full GC。

为了避免如上情况的发生，JVM允许开发者手动关闭新生代收集担保。

 

在开启本选项后，minor gc将不再提供新生代收集担保，而是在出现survior或年老代不够用时，抛出promotion failed异常。

-XX:+UseSpinning

java1.4.2和1.5需要手动启用, java6默认已启用

启用多线程自旋锁优化。

自旋锁优化原理

大家知道，Java的多线程安全是基于Lock机制实现的，而Lock的性能往往不如人意。
原因是，monitorenter与monitorexit这两个控制多线程同步的bytecode原语，是JVM依赖操作系统互斥(mutex)来实现的。
互斥是一种会导致线程挂起，并在较短的时间内又必须重新调度回原线程的，较为消耗资源的操作。

为了避免进入OS互斥，Java6的开发者们提出了自旋锁优化。

 

自旋锁优化的原理是在线程进入OS互斥前，通过CAS自旋一定的次数来检测锁的释放。

如果在自旋次数未达到预设值前锁已被释放，则当前线程会立即持有该锁。

 

CAS检测锁的原理详见: http://kenwublog.com/theory-of-lightweight-locking-upon-cas

关联选项：
-XX:PreBlockSpin=10

-XX:PreBlockSpin=10

-XX:+UseSpinning必须先启用，对于java6来说已经默认启用了，这里默认自旋10次

控制多线程自旋锁优化的自旋次数。(什么是自旋锁优化？见 -XX:+UseSpinning 处的描述)

关联选项：
-XX:+UseSpinning

-XX:+ScavengeBeforeFullGC    

默认启用

在Full GC前触发一次Minor GC。

-XX:+UseGCOverheadLimit

默认启用

限制GC的运行时间。如果GC耗时过长，就抛OOM。

-XX:+UseTLAB

1.4.2以前和使用-client选项时，默认不启用，其余版本默认启用

启用线程本地缓存区（Thread Local）。

-XX:+UseThreadPriorities

默认启用

使用本地线程的优先级。

-XX:+UseAltSigs

限于Solaris，默认启用

为了防止与其他发送信号的应用程序冲突，允许使用候补信号替代SIGUSR1和SIGUSR2。

-XX:+UseBoundThreads

限于Solaris, 默认启用

绑定所有的用户线程到内核线程。
减少线程进入饥饿状态（得不到任何cpu time）的次数。

-XX:+UseLWPSynchronization

限于solaris，默认启用

使用轻量级进程（内核线程）替换线程同步。

-XX:+MaxFDLimit

限于Solaris，默认启用

设置java进程可用文件描述符为操作系统允许的最大值。

-XX:+UseVMInterruptibleIO

限于solaris，默认启用

在solaris中，允许运行时中断线程 。

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性能选项

 

选项与默认值

默认值与限制

描述

-XX:+AggressiveOpts

JDK 5 update 6后引入，但需要手动启用。

JDK6默认启用。

启用JVM开发团队最新的调优成果。例如编译优化，偏向锁，并行年老代收集等。

-XX:CompileThreshold=10000

1000

通过JIT编译器，将方法编译成机器码的触发阀值，可以理解为调用方法的次数，例如调1000次，将方法编译为机器码。

-XX:LargePageSizeInBytes=4m

默认4m

amd64位：2m

设置堆内存的内存页大小。

 

调整内存页的方法和性能提升原理，详见 http://kenwublog.com/tune-large-page-for-jvm-optimization

-XX:MaxHeapFreeRatio=70

70

GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估上限值的70%，则收缩预估上限值。

 

什么是预估上限值？

JVM在启动时，会申请最大值（-Xmx指定的数值）的地址空间，但其中绝大部分空间不会被立即分配(virtual)。

它们会一直保留着，直到运行过程中，JVM发现实际占用接近已分配上限值时，才从virtual里再分配掉一部分内存。

这里提到的已分配上限值，也可以叫做预估上限值。

引入预估上限值的好处是，可以有效地控制堆的大小。堆越小，GC效率越高嘛。

注意：预估上限值的大小一定小于或等于最大值。

-XX:MaxNewSize=size

1.3.1 Sparc: 32m

1.3.1 x86: 2.5m

新生代占整个堆内存的最大值。

-XX:MaxPermSize=64m

5.0以后: 64 bit VMs会增大预设值的30%

1.4 amd64: 96m

1.3.1 -client: 32m

 

其他默认 64m

Perm（俗称方法区）占整个堆内存的最大值。

-XX:MinHeapFreeRatio=40

40

GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估上限值的40%，则增大上限值。

(什么是预估上限值？见 -XX:MaxHeapFreeRatio 处的描述)

 

关联选项：

-XX:MaxHeapFreeRatio=70

-XX:NewRatio=2

Sparc -client: 8

x86 -server: 8

x86 -client: 12

-client: 4 (1.3)

8 (1.3.1+)

x86: 12

 

其他默认 2

新生代和年老代的堆内存占用比例。

例如2例如2表示新生代占年老代的1/2，占整个堆内存的1/3。

-XX:NewSize=2.125m

5.0以后: 64 bit Vms 会增大预设值的30%

x86: 1m

x86, 5.0以后: 640k

 

其他默认2.125m

新生代预估上限的默认值。(什么是预估上限值？见 -XX:MaxHeapFreeRatio 处的描述)

-XX:ReservedCodeCacheSize=32m    

Solaris 64-bit, amd64, -server x86: 48m

1.5.0_06之前, Solaris 64-bit amd64: 1024m

 

其他默认 32m

设置代码缓存的最大值，编译时用。

-XX:SurvivorRatio=8

Solaris amd64: 6

Sparc in 1.3.1: 25

Solaris platforms5.0以前: 32

 

其他默认 8

Eden与Survivor的占用比例。例如8表示，一个survivor区占用 1/8 的Eden内存，即1/10的新生代内存，为什么不是1/9？

因为我们的新生代有2个survivor，即S1和S22。所以survivor总共是占用新生代内存的 2/10，Eden与新生代的占比则为 8/10。

-XX:TargetSurvivorRatio=50

50

实际使用的survivor空间大小占比。默认是50%，最高90%。

-XX:ThreadStackSize=512

Sparc: 512

Solaris x86: 320 (5.0以前256)

Sparc 64 bit: 1024

Linux amd64: 1024 (5.0 以前 0)

 

其他默认 512.

线程堆栈大小

-XX:+UseBiasedLocking

JDK 5 update 6后引入，但需要手动启用。

JDK6默认启用。

启用偏向锁。

 

偏向锁原理详见 http://kenwublog.com/theory-of-java-biased-locking

-XX:+UseFastAccessorMethods

默认启用

优化原始类型的getter方法性能。

-XX:-UseISM

默认启用

启用solaris的ISM。

 

详见Intimate Shared Memory.

-XX:+UseLargePages

JDK 5 update 5后引入，但需要手动启用。

JDK6默认启用。

启用大内存分页。

 

调整内存页的方法和性能提升原理，详见http://kenwublog.com/tune-large-page-for-jvm-optimization

 

关联选项

-XX:LargePageSizeInBytes=4m

-XX:+UseMPSS

1.4.1 之前: 不启用

其余版本默认启用

启用solaris的MPSS，不能与ISM同时使用。

-XX:+StringCache

默认启用

启用字符串缓存。

-XX:AllocatePrefetchLines=1

1

与机器码指令预读相关的一个选项，资料比较少，本文档不做解释。有兴趣的朋友请自行阅读官方doc。

-XX:AllocatePrefetchStyle=1

1

与机器码指令预读相关的一个选项，资料比较少，本文档不做解释。有兴趣的朋友请自行阅读官方doc。

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作者敬告

完善的单元测试，功能回归测试，和性能基准测试可以减少因调整非稳态JVM选项带来的风险。

 

参考资料

Java6性能调优白皮书

http://java.sun.com/performance/reference/whitepapers/6_performance.html

Java6 GC调优指南

http://java.sun.com/javase/technologies/hotspot/gc/gc_tuning_6.html

更为全面的options列表

http://blogs.sun.com/watt/resource/jvm-options-list.html