jvm_下篇_第四章：JVM 运行时参数

4. JVM 运行时参数

4.1. JVM 参数选项

官网地址：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/java.html

4.1.1. 类型一：标准参数选项

> java -help
用法: java [-options] class [args...]
           (执行类)
   或  java [-options] -jar jarfile [args...]
           (执行 jar 文件)
其中选项包括:
    -d32          使用 32 位数据模型 (如果可用)
    -d64          使用 64 位数据模型 (如果可用)
    -server       选择 "server" VM
                  默认 VM 是 server.

    -cp <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>
    -classpath <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>
                  用 ; 分隔的目录, JAR 档案
                  和 ZIP 档案列表, 用于搜索类文件。
    -D<名称>=<值>
                  设置系统属性
    -verbose:[class|gc|jni]
                  启用详细输出
    -version      输出产品版本并退出
    -version:<值>
                  警告: 此功能已过时, 将在
                  未来发行版中删除。
                  需要指定的版本才能运行
    -showversion  输出产品版本并继续
    -jre-restrict-search | -no-jre-restrict-search
                  警告: 此功能已过时, 将在
                  未来发行版中删除。
                  在版本搜索中包括/排除用户专用 JRE
    -? -help      输出此帮助消息
    -X            输出非标准选项的帮助
    -ea[:<packagename>...|:<classname>]
    -enableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  按指定的粒度启用断言
    -da[:<packagename>...|:<classname>]
    -disableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  禁用具有指定粒度的断言
    -esa | -enablesystemassertions
                  启用系统断言
    -dsa | -disablesystemassertions
                  禁用系统断言
    -agentlib:<libname>[=<选项>]
                  加载本机代理库 <libname>, 例如 -agentlib:hprof
                  另请参阅 -agentlib:jdwp=help 和 -agentlib:hprof=help
    -agentpath:<pathname>[=<选项>]
                  按完整路径名加载本机代理库
    -javaagent:<jarpath>[=<选项>]
                  加载 Java 编程语言代理, 请参阅 java.lang.instrument
    -splash:<imagepath>
                  使用指定的图像显示启动屏幕
有关详细信息, 请参阅 http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/documentation/index.html。

Server 模式和 Client 模式

Hotspot JVM 有两种模式，分别是 server 和 client，分别通过-server 和-client 模式设置

• 32 位系统上，默认使用 Client 类型的 JVM。要想使用 Server 模式，机器配置至少有 2 个以上的 CPU 和 2G 以上的物理内存。client 模式适用于对内存要求较小的桌面应用程序，默认使用 Serial 串行垃圾收集器
• 64 位系统上，只支持 server 模式的 JVM，适用于需要大内存的应用程序，默认使用并行垃圾收集器

官网地址：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/server-class.html

如何知道系统默认使用的是那种模式呢？

通过 java -version 命令：可以看到 Server VM 字样，代表当前系统使用是 Server 模式

> java -version
java version "1.8.0_201"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_201-b09)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.201-b09, mixed mode)

4.1.2. 类型二：-X 参数选项

> java -X
    -Xmixed           混合模式执行 (默认)
    -Xint             仅解释模式执行
    -Xbootclasspath:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      设置搜索路径以引导类和资源
    -Xbootclasspath/a:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      附加在引导类路径末尾
    -Xbootclasspath/p:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      置于引导类路径之前
    -Xdiag            显示附加诊断消息
    -Xnoclassgc       禁用类垃圾收集
    -Xincgc           启用增量垃圾收集
    -Xloggc:<file>    将 GC 状态记录在文件中 (带时间戳)
    -Xbatch           禁用后台编译
    -Xms<size>        设置初始 Java 堆大小
    -Xmx<size>        设置最大 Java 堆大小
    -Xss<size>        设置 Java 线程堆栈大小
    -Xprof            输出 cpu 配置文件数据
    -Xfuture          启用最严格的检查, 预期将来的默认值
    -Xrs              减少 Java/VM 对操作系统信号的使用 (请参阅文档)
    -Xcheck:jni       对 JNI 函数执行其他检查
    -Xshare:off       不尝试使用共享类数据
    -Xshare:auto      在可能的情况下使用共享类数据 (默认)
    -Xshare:on        要求使用共享类数据, 否则将失败。
    -XshowSettings    显示所有设置并继续
    -XshowSettings:all
                      显示所有设置并继续
    -XshowSettings:vm 显示所有与 vm 相关的设置并继续
    -XshowSettings:properties
                      显示所有属性设置并继续
    -XshowSettings:locale
                      显示所有与区域设置相关的设置并继续

-X 选项是非标准选项, 如有更改, 恕不另行通知。

如何知道 JVM 默认使用的是混合模式呢？

同样地，通过 java -version 命令：可以看到 mixed mode 字样，代表当前系统使用的是混合模式

4.1.3. 类型三：-XX 参数选项

Boolean 类型格式

-XX:+<option>  启用option属性
-XX:-<option>  禁用option属性

非 Boolean 类型格式

-XX:<option>=<number>  设置option数值，可以带单位如k/K/m/M/g/G
-XX:<option>=<string>  设置option字符值

4.2. 添加 JVM 参数选项

eclipse 和 idea 中配置不必多说，在 Run Configurations 中 VM Options 中配置即可，大同小异

运行 jar 包

java -Xms100m -Xmx100m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps -jar demo.jar

Tomcat 运行 war 包

# linux下catalina.sh添加
JAVA_OPTS="-Xms512M -Xmx1024M"
# windows下catalina.bat添加
set "JAVA_OPTS=-Xms512M -Xmx1024M"

程序运行中

# 设置Boolean类型参数
jinfo -flag [+|-]<name> <pid>
# 设置非Boolean类型参数
jinfo -flag <name>=<value> <pid>

4.3. 常用的 JVM 参数选项

4.3.1. 打印设置的 XX 选项及值

-XX:+PrintCommandLineFlags 程序运行时JVM默认设置或用户手动设置的XX选项
-XX:+PrintFlagsInitial 打印所有XX选项的默认值
-XX:+PrintFlagsFinal 打印所有XX选项的实际值
-XX:+PrintVMOptions 打印JVM的参数

4.3.2. 堆、栈、方法区等内存大小设置

# 栈
-Xss128k <==> -XX:ThreadStackSize=128k 设置线程栈的大小为128K

# 堆
-Xms2048m <==> -XX:InitialHeapSize=2048m 设置JVM初始堆内存为2048M
-Xmx2048m <==> -XX:MaxHeapSize=2048m 设置JVM最大堆内存为2048M
-Xmn2g <==> -XX:NewSize=2g -XX:MaxNewSize=2g 设置年轻代大小为2G
-XX:SurvivorRatio=8 设置Eden区与Survivor区的比值，默认为8
-XX:NewRatio=2 设置老年代与年轻代的比例，默认为2
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 设置大小比例自适应，默认开启
-XX:PretenureSizeThreadshold=1024 设置让大于此阈值的对象直接分配在老年代，只对Serial、ParNew收集器有效
-XX:MaxTenuringThreshold=15 设置新生代晋升老年代的年龄限制，默认为15
-XX:TargetSurvivorRatio 设置MinorGC结束后Survivor区占用空间的期望比例

# 方法区
-XX:MetaspaceSize / -XX:PermSize=256m 设置元空间/永久代初始值为256M
-XX:MaxMetaspaceSize / -XX:MaxPermSize=256m 设置元空间/永久代最大值为256M
-XX:+UseCompressedOops 使用压缩对象
-XX:+UseCompressedClassPointers 使用压缩类指针
-XX:CompressedClassSpaceSize 设置Klass Metaspace的大小，默认1G

# 直接内存
-XX:MaxDirectMemorySize 指定DirectMemory容量，默认等于Java堆最大值

4.3.3. OutOfMemory 相关的选项

-XX:+HeapDumpOnOutMemoryError 内存出现OOM时生成Heap转储文件，两者互斥
-XX:+HeapDumpBeforeFullGC 出现FullGC时生成Heap转储文件，两者互斥
-XX:HeapDumpPath=<path> 指定heap转储文件的存储路径，默认当前目录
-XX:OnOutOfMemoryError=<path> 指定可行性程序或脚本的路径，当发生OOM时执行脚本

4.3.4. 垃圾收集器相关选项

首先需了解垃圾收集器之间的搭配使用关系

• 红色虚线表示在 jdk8 时被 Deprecate，jdk9 时被删除
• 绿色虚线表示在 jdk14 时被 Deprecate
• 绿色虚框表示在 jdk9 时被 Deprecate，jdk14 时被删除

# Serial回收器
-XX:+UseSerialGC  年轻代使用Serial GC， 老年代使用Serial Old GC
# ParNew回收器
-XX:+UseParNewGC  年轻代使用ParNew GC
-XX:ParallelGCThreads  设置年轻代并行收集器的线程数。
	一般地，最好与CPU数量相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。

$$ParallelGCThreads=\{\begin{array}{ll}CPU\_Count& \text{(}CPU\_Count<=8)\\ 3+(5?CPU＿Count/8)& \text{(}CPU\_Count>8)\end{array}$$

# Parallel回收器
-XX:+UseParallelGC  年轻代使用 Parallel Scavenge GC，互相激活
-XX:+UseParallelOldGC  老年代使用 Parallel Old GC，互相激活
-XX:ParallelGCThreads
-XX:MaxGCPauseMillis  设置垃圾收集器最大停顿时间（即STW的时间），单位是毫秒。
	为了尽可能地把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。
	对于用户来讲，停顿时间越短体验越好；但是服务器端注重高并发，整体的吞吐量。
	所以服务器端适合Parallel，进行控制。该参数使用需谨慎。
-XX:GCTimeRatio  垃圾收集时间占总时间的比例（1 / (N＋1)），用于衡量吞吐量的大小
	取值范围（0,100），默认值99，也就是垃圾回收时间不超过1％。
	与前一个-XX：MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性。暂停时间越长，Radio参数就容易超过设定的比例。
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy  设置Parallel Scavenge收集器具有自适应调节策略。
	在这种模式下，年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，以达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。
	在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量（GCTimeRatio）和停顿时间（MaxGCPauseMills），让虚拟机自己完成调优工作。

# CMS回收器
-XX:+UseConcMarkSweepGC  年轻代使用CMS GC。
	开启该参数后会自动将-XX：＋UseParNewGC打开。即：ParNew（Young区）+ CMS（Old区）+ Serial Old的组合
-XX:CMSInitiatingOccupanyFraction  设置堆内存使用率的阈值，一旦达到该阈值，便开始进行回收。JDK5及以前版本的默认值为68，DK6及以上版本默认值为92％。
	如果内存增长缓慢，则可以设置一个稍大的值，大的阈值可以有效降低CMS的触发频率，减少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。
	反之，如果应用程序内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器。
	因此通过该选项便可以有效降低Fu1l GC的执行次数。
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly  是否动态可调，使CMS一直按CMSInitiatingOccupancyFraction设定的值启动
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection  用于指定在执行完Full GC后对内存空间进行压缩整理
	以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并发执行，所带来的问题就是停顿时间变得更长了。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction  设置在执行多少次Full GC后对内存空间进行压缩整理。
-XX:ParallelCMSThreads  设置CMS的线程数量。
	CMS 默认启动的线程数是(ParallelGCThreads＋3)/4，ParallelGCThreads 是年轻代并行收集器的线程数。
	当CPU 资源比较紧张时，受到CMS收集器线程的影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会非常糟糕。
-XX:ConcGCThreads  设置并发垃圾收集的线程数，默认该值是基于ParallelGCThreads计算出来的
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark  强制hotspot在cms remark阶段之前做一次minor gc，用于提高remark阶段的速度
-XX:+CMSClassUnloadingEnable  如果有的话，启用回收Perm 区（JDK8之前）
-XX:+CMSParallelInitialEnabled  用于开启CMS initial-mark阶段采用多线程的方式进行标记
	用于提高标记速度，在Java8开始已经默认开启
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled  用户开启CMS remark阶段采用多线程的方式进行重新标记，默认开启
-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent
-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrentAndUnloadsClasses
	这两个参数用户指定hotspot虚拟在执行System.gc()时使用CMS周期
-XX:+CMSPrecleaningEnabled  指定CMS是否需要进行Pre cleaning阶段

# G1回收器
-XX:+UseG1GC 手动指定使用G1收集器执行内存回收任务。
-XX:G1HeapRegionSize 设置每个Region的大小。
	值是2的幂，范围是1MB到32MB之间，目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域。默认是堆内存的1/2000。
-XX:MaxGCPauseMillis  设置期望达到的最大GC停顿时间指标（JVM会尽力实现，但不保证达到）。默认值是200ms
-XX:ParallelGCThread  设置STW时GC线程数的值。最多设置为8
-XX:ConcGCThreads  设置并发标记的线程数。将n设置为并行垃圾回收线程数（ParallelGCThreads）的1/4左右。
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 设置触发并发GC周期的Java堆占用率阈值。超过此值，就触发GC。默认值是45。
-XX:G1NewSizePercent  新生代占用整个堆内存的最小百分比（默认5％）
-XX:G1MaxNewSizePercent  新生代占用整个堆内存的最大百分比（默认60％）
-XX:G1ReservePercent=10  保留内存区域，防止 to space（Survivor中的to区）溢出

怎么选择垃圾回收器？

• 优先让 JVM 自适应，调整堆的大小
• 串行收集器：内存小于 100M；单核、单机程序，并且没有停顿时间的要求
• 并行收集器：多 CPU、高吞吐量、允许停顿时间超过 1 秒
• 并发收集器：多 CPU、追求低停顿时间、快速响应（比如延迟不能超过 1 秒，如互联网应用）
• 官方推荐 G1，性能高。现在互联网的项目，基本都是使用 G1

特别说明：

• 没有最好的收集器，更没有万能的收集器
• 调优永远是针对特定场景、特定需求，不存在一劳永逸的收集器

4.3.5. GC 日志相关选项

-XX:+PrintGC <==> -verbose:gc  打印简要日志信息
-XX:+PrintGCDetails            打印详细日志信息
-XX:+PrintGCTimeStamps  打印程序启动到GC发生的时间，搭配-XX:+PrintGCDetails使用
-XX:+PrintGCDateStamps  打印GC发生时的时间戳，搭配-XX:+PrintGCDetails使用
-XX:+PrintHeapAtGC  打印GC前后的堆信息，如下图
-Xloggc:<file> 输出GC导指定路径下的文件中

-XX:+TraceClassLoading  监控类的加载
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime  打印GC时线程的停顿时间
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime  打印垃圾收集之前应用未中断的执行时间
-XX:+PrintReferenceGC 打印回收了多少种不同引用类型的引用
-XX:+PrintTenuringDistribution  打印JVM在每次MinorGC后当前使用的Survivor中对象的年龄分布
-XX:+UseGCLogFileRotation 启用GC日志文件的自动转储
-XX:NumberOfGCLogFiles=1  设置GC日志文件的循环数目
-XX:GCLogFileSize=1M  设置GC日志文件的大小

4.3.6. 其他参数

-XX:+DisableExplicitGC  禁用hotspot执行System.gc()，默认禁用
-XX:ReservedCodeCacheSize=<n>[g|m|k]、-XX:InitialCodeCacheSize=<n>[g|m|k]  指定代码缓存的大小
-XX:+UseCodeCacheFlushing  放弃一些被编译的代码，避免代码缓存被占满时JVM切换到interpreted-only的情况
-XX:+DoEscapeAnalysis  开启逃逸分析
-XX:+UseBiasedLocking  开启偏向锁
-XX:+UseLargePages  开启使用大页面
-XX:+PrintTLAB  打印TLAB的使用情况
-XX:TLABSize  设置TLAB大小

4.4. 通过 Java 代码获取 JVM 参数

Java 提供了 java.lang.management 包用于监视和管理 Java 虚拟机和 Java 运行时中的其他组件，它允许本地或远程监控和管理运行的 Java 虚拟机。其中 ManagementFactory 类较为常用，另外 Runtime 类可获取内存、CPU 核数等相关的数据。通过使用这些 api，可以监控应用服务器的堆内存使用情况，设置一些阈值进行报警等处理。

public class MemoryMonitor {
    public static void main(String[] args) {
        MemoryMXBean memorymbean = ManagementFactory.getMemoryMXBean();
        MemoryUsage usage = memorymbean.getHeapMemoryUsage();
        System.out.println("INIT HEAP: " + usage.getInit() / 1024 / 1024 + "m");
        System.out.println("MAX HEAP: " + usage.getMax() / 1024 / 1024 + "m");
        System.out.println("USE HEAP: " + usage.getUsed() / 1024 / 1024 + "m");
        System.out.println("\nFull Information:");
        System.out.println("Heap Memory Usage: " + memorymbean.getHeapMemoryUsage());
        System.out.println("Non-Heap Memory Usage: " + memorymbean.getNonHeapMemoryUsage());

        System.out.println("=======================通过java来获取相关系统状态============================ ");
        System.out.println("当前堆内存大小totalMemory " + (int) Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024 + "m");// 当前堆内存大小
        System.out.println("空闲堆内存大小freeMemory " + (int) Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024 + "m");// 空闲堆内存大小
        System.out.println("最大可用总堆内存maxMemory " + Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024 + "m");// 最大可用总堆内存大小

    }
}