深入理解Java虛擬機(jī)-如何利用VisualVM對(duì)高并發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行性能分析
前面在學(xué)習(xí)JVM的知識(shí)的時(shí)候，一般都需要利用相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，而分析一般都需要用到一些分析的工具，因?yàn)橐话闶褂肐DEA，而VisualVM對(duì)于IDEA也不錯(cuò)，所以就選擇VisualVM來(lái)分析JVM性能，這篇文章就介紹一下如何利用VisualVM進(jìn)行性能分析，以及在分析之前需要知道一些GC優(yōu)化的原則，GC優(yōu)化的目的，以及遇到問(wèn)題時(shí)怎么去解決問(wèn)題的方法。
1 為什么需要
開(kāi)發(fā)大型 Java 應(yīng)用程序的過(guò)程中難免遇到內(nèi)存泄露、性能瓶頸等問(wèn)題，比如文件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)的連接未釋放，未優(yōu)化的算法等。隨著應(yīng)用程序的持續(xù)運(yùn)行，可能會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率下降，嚴(yán)重的則會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。為了找出程序中隱藏的這些問(wèn)題，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)后期往往會(huì)使用性能分析工具來(lái)對(duì)應(yīng)用程序的性能進(jìn)行分析和優(yōu)化。
VisualVM 是一款免費(fèi)的性能分析工具。它通過(guò) jvmstat、JMX、SA（Serviceability Agent）以及 Attach API 等多種方式從程序運(yùn)行時(shí)獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)的性能分析。同時(shí)，它能自動(dòng)選擇更快更輕量級(jí)的技術(shù)盡量減少性能分析對(duì)應(yīng)用程序造成的影響，提高性能分析的精度。
2 如何安裝
這里有兩種方式：
- 沒(méi)有按照IDEA插件
如果沒(méi)有按照IDEA插件的話(huà)，我們需要找到JDK的按照目錄bin下找到如下執(zhí)行程序。
然后雙擊執(zhí)行，就會(huì)出現(xiàn)界面，如下；
但是，我們一般使用IDEA，所以會(huì)使用插件，就是下面這種方式。
- 按照IDEA插件
先在插件中找到VisualVM安裝；
安裝了之后，在運(yùn)行的地方就會(huì)多出現(xiàn)兩個(gè)VisualVM的運(yùn)行按鈕；
這樣運(yùn)行程序之后，就可以自動(dòng)打開(kāi)VisualVM程序了。
3 基本介紹
這一部分先對(duì)這個(gè)工具做一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹，看看基本有哪些我們會(huì)用到的功能。
在沒(méi)有添加其他插件的時(shí)候，是只有下面幾個(gè)功能的。
3.1 概述
如上圖所示，概述基本上都是我們的系統(tǒng)屬性、運(yùn)行程序時(shí)設(shè)置的JVM參數(shù)等信息的展示，所以，這一部分可以讓我們查看這些信息。
3.2 監(jiān)視
監(jiān)視這個(gè)界面的功能還是很有作用的，可以看到cup運(yùn)行情況、堆的使用情況、類(lèi)的情況以及線(xiàn)程的動(dòng)態(tài)情況。
因此，我們可以利用這個(gè)界面查看cpu情況好不好，更重要的是，我們可以查看堆的使用情況，這對(duì)于我們分析JVM還是非常重要的。
3.3 線(xiàn)程
如上圖所以，可以看到所有的線(xiàn)程的情況，是運(yùn)行、休眠、等待、駐留、監(jiān)視等情況。
注意， 以上這些都不是關(guān)鍵，關(guān)鍵是VisualVM中還有一個(gè)很重要的功能，可以添加插件獲取更多的功能。
3.4 插件添加
正是因?yàn)橛辛瞬寮臄U(kuò)展功能，所以這個(gè)工具才如此強(qiáng)大，VisualVM可以做到以下：
- 顯示虛擬機(jī)進(jìn)程以及進(jìn)程的配置、環(huán)境信息、jps、jinfo。
- 監(jiān)視應(yīng)用程序的cpu、GC、堆、方法區(qū)以及線(xiàn)程的信息（jstat、jstack）。
- dump以及分析堆轉(zhuǎn)存儲(chǔ)快照（jmap、jhat）。
- 還有很多其他的功能。
在工具->找到可用插件，安裝即可。
下一部分我們就利用已經(jīng)安裝的插件Visual GC進(jìn)行分析。
4 利用Visual GC分析虛擬機(jī)內(nèi)存區(qū)域
這部分會(huì)用到一些Java虛擬機(jī)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，所以，查看這部分之前，請(qǐng)先查看這篇文章：。
在這個(gè)界面分為以下幾個(gè)部分。
- space（Metaspace（元數(shù)據(jù)）、Old老年代、新生代（Eden、S0、S1））
- Graphs（Compile Time（編譯時(shí)間）、Class Loader Time（類(lèi)加載時(shí)間）、GC Time（垃圾收集時(shí)間）、Eden Space、Survivor 0、Survivor 1、Old Gen、Metaspace）
- Histogram（Parameters參數(shù)設(shè)置）
那么知道這些參數(shù)之后，怎么去分析虛擬機(jī)到底運(yùn)行是好是壞呢，這個(gè)時(shí)候，我們需要了解一些Java虛擬機(jī)基礎(chǔ)的優(yōu)化知識(shí)。
首先，需要了解一些GC優(yōu)化的原則。
- 多數(shù)的Java應(yīng)用不需要在服務(wù)器上進(jìn)行GC優(yōu)化；
- 多數(shù)導(dǎo)致GC問(wèn)題的Java應(yīng)用，都不是因?yàn)槲覀儏?shù)設(shè)置錯(cuò)誤，而是代碼問(wèn)題；
- 在應(yīng)用上線(xiàn)之前，先考慮將機(jī)器的JVM參數(shù)設(shè)置到最優(yōu)（最適合）；
- 減少創(chuàng)建對(duì)象的數(shù)量；
- 減少使用全局變量和大對(duì)象；
- GC優(yōu)化是到最后不得已才采用的手段；
- 在實(shí)際使用中，分析GC情況優(yōu)化代碼比優(yōu)化GC參數(shù)要多得多；
另外，我們需要知道我們GC優(yōu)化的目的。
- 將轉(zhuǎn)移到老年代的對(duì)象數(shù)量降低到最小；
- 減少full GC的執(zhí)行時(shí)間；
一般，我們需要執(zhí)行的有以下幾點(diǎn)；
- 減少使用全局變量和大對(duì)象；
- 調(diào)整新生代的大小到最合適；
- 設(shè)置老年代的大小為最合適；
- 選擇合適的GC收集器；
至于怎么算合適，后面我會(huì)通過(guò)一個(gè)實(shí)例講解。
其實(shí)，如果想要知道更多JVM內(nèi)存分配和回收策略的原理，可以查看這篇文章：JVM內(nèi)存分配和回收策略的原理。
一般我們執(zhí)行了我們的程序之后，接下來(lái)就是需要查看GC的狀態(tài)了，接著分析結(jié)果，判斷是否需要進(jìn)行優(yōu)化。
一般如果達(dá)到以下的指標(biāo)，就不需要進(jìn)行GC了。
- Minor GC執(zhí)行時(shí)間不到50ms，Minor GC執(zhí)行不頻繁，約10秒一次；
- Full GC執(zhí)行時(shí)間不到1s，F(xiàn)ull GC執(zhí)行頻率不算頻繁，不低于10分鐘1次；
實(shí)例 1
我們先看一個(gè)GC狀態(tài)需要優(yōu)化的例子，在這個(gè)實(shí)例中，我們給堆分配的最大最小的值都是64M（很小的堆大小）。
- GC狀態(tài)差情況分析
- /**
- * VM Args：-Xms64m -Xmx64m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
- * @author 歐陽(yáng)思海
- */
- public class HeapTest {
- static class StaticObject {
- }
- public static void main(String[] args) {
- List<StaticObject> list = new ArrayList<StaticObject>();
- int i = 1;
- //不斷的向堆中添加對(duì)象
- while (true) {
- list.add(new StaticObject());
- i++;
- System.out.println(i);
- System.out.println(list.size());
- }
- }
- }
由于分配的堆內(nèi)存太小，所以導(dǎo)致，堆溢出。
接著我們查看一下Visual GC的監(jiān)視情況。
- 監(jiān)視界面情況
我們可以從堆的使用情況看出，基本已經(jīng)使用完。
- Visual GC監(jiān)視情況
從上圖可知，在短短的運(yùn)行時(shí)間中，Eden進(jìn)行了49次GC，雖然時(shí)間短，但是能說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，新生代堆內(nèi)存分配的空間太小，導(dǎo)致頻繁GC。
同時(shí)，Old老年代也進(jìn)行了33次GC，雖然運(yùn)行時(shí)間也在不需要優(yōu)化的范圍內(nèi)，而且從Survivor可以看出，基本沒(méi)有GC，說(shuō)明這些都是大對(duì)象，直接進(jìn)入到了Old老年代，導(dǎo)致GC頻繁。
所以，我們需要進(jìn)行的優(yōu)化就是加大新生代和老年代堆內(nèi)存的大小，同時(shí)減少大對(duì)象的產(chǎn)生。
參數(shù)優(yōu)化分析
我們將VM參數(shù)改為：-Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，運(yùn)行大概5分鐘再次查看結(jié)果。
首先沒(méi)有出現(xiàn)堆內(nèi)存溢出。
- 監(jiān)視情況
加大了堆內(nèi)存，所以堆內(nèi)存沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。
- Visual GC監(jiān)視情況
加大了堆內(nèi)存之后，Eden新生代進(jìn)行了66次GC，使用時(shí)間3.381s基本滿(mǎn)足要求（執(zhí)行時(shí)間不到50ms，Minor GC執(zhí)行不頻繁，約10秒一次），同時(shí)老年代old進(jìn)行了2次GC，使用時(shí)間4.127s，這里還是有待優(yōu)化的，不太滿(mǎn)足優(yōu)化要求。
- dump文件分析
點(diǎn)擊堆 dump這個(gè)按鈕就會(huì)生成 dump文件，我們可以分析類(lèi)及對(duì)象的一些情況。
分析之后發(fā)現(xiàn)，StaticObject對(duì)象大多，沒(méi)有進(jìn)行GC，問(wèn)題主要在這里，所以，下一步需要解決這個(gè)問(wèn)題。
通過(guò)以上分析可以說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，加大了堆內(nèi)存之后，新生代和老年代的GC情況大大的改善了，但是還有大對(duì)象的問(wèn)題，所以還有待優(yōu)化。
- 修改大對(duì)象，進(jìn)行GC
修改程序，如下：
- /**
- * VM Args：-Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
- *
- * @author 歐陽(yáng)思海
- */
- public class HeapTest {
- /* static class StaticObject {
- }*/
- public static void main(String[] args) {
- int i = 1;
- while (true) {
- i++;
- System.out.println(i);
- }
- }
- }
- 監(jiān)視情況
堆一直運(yùn)行良好。
- Visual GC監(jiān)視情況
這次相對(duì)于上次相比，老年代的情況已經(jīng)改善了，沒(méi)有GC，說(shuō)明大對(duì)象不存在了。
通過(guò)上面的分析跟優(yōu)化，就滿(mǎn)足GC的需求了，不需要再優(yōu)化了。
5 總結(jié)
通過(guò)上面的分析及使用，VisualVM基本的使用以及如何利用VisualVM進(jìn)行Java虛擬機(jī)優(yōu)化相信你已經(jīng)掌握了，如果還想了解更過(guò)關(guān)于Java虛擬機(jī)的知識(shí)及優(yōu)化文章，請(qǐng)看本系列的其他文章。
1、原創(chuàng)不易，老鐵，文章需要你的 點(diǎn)贊 讓更多的人看到，希望能夠幫助到大家！
2、文章有不當(dāng)之處，歡迎指正，如果喜歡微信閱讀，你也可以關(guān)注我的微信公眾號(hào)：好好學(xué)java，公眾號(hào)已有 6W 粉絲。
