對(duì)于高并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)量的電商、物聯(lián)網(wǎng)、金融、社交等系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)CG Log收集垃圾回收日志，通過(guò)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)：

jstat –gcutil  -h 20 pid 1000 100

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(shuō)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(guò)全局垃圾回收。如果FGC變化頻率很高，則說(shuō)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(lèi)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(lèi)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：?

jmap -dump:format=b,file=filename.hprof pid

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)：?

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof

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：?

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to heapdump.hprof ...

當(dāng)獲得鏡像文件后，打開(kāi)JvisualVM工具，選擇菜單“File”，點(diǎn)擊裝入，選擇我們保存過(guò)的dump文件，這時(shí)面板會(huì)打開(kāi)內(nèi)存鏡像文件。打開(kāi)較大的內(nèi)存鏡像文件需要較長(zhǎng)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(kāi)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(xiàn)網(wǎng)站，能根據(jù)上傳的GC日志，以圖表形式顯示GC回收過(guò)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(shuō)明只有少量CPU資源用于垃圾回收。最長(zhǎng)的GC時(shí)間是20毫秒，屬于正常范圍。在測(cè)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(jiǎn)稱(chēng)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(lái)追蹤熱點(diǎn)代碼與熱點(diǎn)線(xiàn)程，是主要的內(nèi)存優(yōu)化調(diào)優(yōu)工具。

類(lèi)似JVisualVM，通過(guò)JMX連接進(jìn)入JMC控制臺(tái)。

通過(guò)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(guò)一段時(shí)間的記錄，飛行記錄可以反映線(xiàn)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(zhǎng)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(guò)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(guò)對(duì)線(xiàn)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(jiǎn)稱(chēng)，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(kāi)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(guò)File-Open Heap Dump可以打開(kāi)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(yǔ)句類(lèi)似SQL語(yǔ)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(lái)說(shuō)，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(yǔ)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(jiǎn)單的升級(jí)配置或者簡(jiǎn)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(xiě)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(kāi)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)。