Java虚拟机: JVM参数配置与GC性能优化实践

一、常见JVM参数配置

1.垃圾回收统计信息

-XX:+PrintGC：输出GC简要信息。

-XX:+PrintGCDetails：详述GC详细过程。

-XX:+PrintGCTimeStamps：记录GC发生的时间戳。

-Xloggc:log/gc.log：指定GC日志输出路径。

-XX:+PrintHeapAtGC：在每次GC前后展示堆状态。

2.堆设置

-Xms：设定初始堆大小。

-Xmx：设定最大堆大小。

-Xmn：配置年轻代大小。

-XX:NewRatio：设置年轻代与老年代的容量比例。

-XX:SurvivorRatio：定义Eden区与Survivor区的容量比例。

-XX:PermSize：设置永久代初始大小。

-XX:MaxPermSize：限定永久代最大容量。

-XX:+MaxTenuringThreshold=：设置对象晋升至老年代所需的年龄。

-XX:+PretenureSizeThreshold=：大于此值的对象直接进入老年代。

3.栈分配参数

-Xss：指定每个线程的栈空间大小。

4.垃圾收集器设置

（1）串行收集器（Serial GC）

-XX:+UseSerialGC：启用串行收集器，适用于小型应用或单处理器环境。

（2）并行回收收集器（Parallel GC）

-XX:+UseParallelGC：启用并行年轻代收集器。

-XX:+UseParallelOldGC：启用并行老年代收集器。

-XX:ParallelGCThreads=：配置并行收集线程数。

-XX:MaxGCPauseMillis=：设置目标最大暂停时间。

-XX:GCTimeRatio=：计算程序运行与GC时间比（1/(1+n)）。

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：启用自适应大小调整策略。

（3）CMS并发收集器（Concurrent Mark Sweep）

-XX:+UseConcMarkSweepGC：启用CMS收集器。

-XX:ParallelCMSThreads=：设置CMS线程数。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=：设置多少次Full GC后进行内存压缩。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：在Full GC时压缩老年代。

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled：允许卸载类元数据。

-XX:+CMSParallelRemarkEnabled：启用并行重标记。

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=：设置触发CMS的内存占用比例。

-XX:+CMSIncrementalMode：启用增量模式。

（4）G1垃圾第一（Garbage-First）收集器

-XX:+UseG1GC：启用G1收集器。

-XX:+UnlockExperimentalVMOptions：允许使用实验性选项。

-XX:MaxGCPauseMills=：设定最大停顿时间目标。

-XX:GCPauseIntervalMills=：设置期望停顿间隔。

二、JVM的GC性能优化

1.堆大小优化

MinHeapFreeRatio与MaxHeapFreeRatio：控制堆中空闲空间比例。

原则：分配尽可能多的内存给VM。将Xms和Xmx设为相同值以避免堆大小动态调整。随着处理器核心数增加相应增大内存。

2.年轻代优化

影响因素：年轻代大小直接影响程序流畅度和GC频率。

参数：NewRatio：控制年轻代与老年代比例。NewSize和MaxNewSize：设定年轻代大小范围。SurvivorRatio：调整Eden与Survivor区比例。

策略：先确定最大堆大小，再确定最优年轻代大小。老年代应足够容纳所有存活对象，留出10%-20%空余。

3.年轻代大小选择

响应时间优先：增大年轻代至接近响应时间限制，减少Minor GC次数和晋升至老年代的对象。

吞吐量优先：增大年轻代至可能的最大值（如Gbit级别），利于并行收集。

4.年老代大小选择

响应时间优先：使用并发收集器，确保堆大小适中以减少碎片、高回收频率及全停顿。

吞吐量优先：设置大年轻代和小老年代，快速回收短期对象，仅保留长期存活对象。

5.应对碎片问题

小堆：使用CMS时，堆空间小易产生碎片。可启用-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection和设置-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0以适时压缩老年代。

6.其他优化建议

使用64位操作系统，虽然JDK性能略降，但能支持更大内存和更高吞吐。

设置XMX与XMS、MaxPermSize与MinPermSize相等，减少堆大小变化带来的压力。

CMS：选择CMS以缩短停顿时间，配置较小年轻代和并行收集老年代。

监控系统状态，使用jmap、jstack或发送killall -3 java命令以分析日志发现问题。

若使用缓存，增大年老代，使用LRU策略限制缓存HashMap大小。

并发回收时，年轻代适当缩小，老年代增大以利用并发回收特性，避免网站停顿。

7.参数调整与Promotion Failure

参数设置无固定公式，需结合实际应用数据（如PV、Old区数据、YGC次数等）进行调整。

Promotion Failure：可能因Survivor空间不足或老年代空间不足导致。解决方案包括：调整Survivor空间或直接关闭（-XX:SurvivorRatio=65536，-XX:MaxTenuringThreshold=0）。设置合适的CMS触发阈值（如-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70）以预留足够空间接纳年轻代对象。

8.编程实践中的性能优化

减少不必要的对象创建，重用对象或使用基本类型。

优先使用局部变量，减少静态变量。

避免使用finalize方法。

在单线程场景下，选择非线程安全的实现（如HashMap而非HashTable）以减少同步开销。

使用位移操作代替乘除运算。

对频繁使用的对象进行缓存。

优先使用基本类型和一维数组，避免包装类型和二维数组。

使用final修饰符提高访问效率。

在单线程或局部变量场景下，优先选择StringBuilder而非StringBuffer。

注意String对象的不可变性导致的性能损耗，适当使用StringBuffer（考虑预设容量）或StringBuilder。

通过以上对JVM参数配置与GC性能优化的深入理解与实践，可以有效提升Java应用程序的运行效率和稳定性。具体配置应根据实际应用特点进行细致调优，并结合监控数据持续迭代优化策略。