JMeter 压测教程之二 JVM 调优
大纲
JVM 简单介绍
JVM 内存结构
JVM 内存结构主要有三大块：栈、堆内存、方法区。堆内存是 JVM 中最大的一块。方法区存储类信息、静态变量、常量、常量池等数据，是线程共享的区域，为了与 Java 堆区分，方法区还有一个别名 Non-Heap （非堆）。栈又分为 Java 虚拟机栈和本地方法栈，主要用于方法的执行。
JVM 堆内存
所有的对象实例以及数组都要在堆内存上分配，堆内存是垃圾收集器管理的主要区域，也被称为 GC 堆。堆内存由新生代和老年代组成，不包括永久代（方法区）；而新生代内存又被分成 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间，默认情况下新生代按照 8:1:1 的比例来分配。
提示
从 Java 8 开始，HotSpot 已经完全将永久代（Permanent Generation）移除，取而代之的是一个新的区域 — 元空间（MetaSpace）。
JVM 性能监控
为了方便监控 JVM 的性能，JDK 提供了 jconsole、jvisualvm 工具，两者都可以通过命令行直接启动，支持监控本地和远程应用。值得一提的是，推荐使用 jvisualvm，因为它可以看作是升级版的 jconsole。
Jconsole 监控
启动监控
- 启动命令
1 | $ jconsole |
- 运行界面
Jvisualvm 监控
jvisualvm（简称 VisualVM）可以监控内存泄露、跟踪垃圾回收、执行时内存分析、CPU 分析、线程分析等。
启动监控
- 启动命令
1 | $ jvisualvm |
- 运行界面
安装 GC 插件
为了方便查看 GC 的情况，jvisualvm 需要提前安装 Visual GC 插件。
- 第一步：查看 JDK 版本
1 | $ java -version |
- 第二步：浏览器打开 官方插件中心 的页面，根据 JDK 版本找到 Java VisualVM 的更新链接，例如
https://visualvm.github.io/archive/uc/8u40/updates.xml.gz
- 第三步：菜单栏导航到
工具->插件->设置，点击编辑按钮，将 URL 更改为上面找到的 Java VisualVM 更新链接
- 第四步：菜单栏导航到
工具->插件->可用插件，点击检查最新版本按钮，等插件列表更新成功后，勾选Visual GC项，最后点击安装按钮即可。
- 第六步：重启
jvisualvm后，选择要监控的应用，若在标签页中看到Visual GC页面，则说明 GC 插件安装成功。
JVM 性能监控指标
中间件监控指标
常用的中间件（如 Tomcat、Weblogic）监控指标，主要包括 JVM、ThreadPool、JDBC 等，具体如下：
- 当前正在运行的线程数不能超过设定的最大值。一般情况下系统性能较好的情况下，线程数最小值设置为 50 和最大值设置为 200 比较合适。
- 当前运行的 JDBC 连接数不能超过设定的最大值。一般情况下系统性能较好的情况下，JDBC 最小值设置为 50 和最大值设置为 200 比较合适。
- GC 频率不能频繁，特别是 FULL GC 更不能频繁，一般情况下系统性能较好的情况下，JVM 最小堆大小和最大堆大小分别设置 1024M 比较合适。
数据库监控指标
常用的数据库（如 MySQL）监控指标，主要包括 SQL 性能、吞吐量、缓存命中率、锁、连接数等，具体如下：
- SQL 执行耗时越小越好，一般情况下微秒级别。
- 缓存命中率越高越好，一般情况下不能低于 95%。
- 锁等待次数越低越好，等待时间越短越好。
中间件压测案例
以简单的电商商城项目为例，各中间件的压测结果如下：
总结
- 中间件越多，性能损失越大，大多都损失在网络交互上。
- 业务优化方向：数据库、模板页面的渲染速度、静态资源。
JVM 性能分析与调优
JVM 调优，调的是稳定，并不能让性能得到大幅提升。服务稳定的重要性就不用多说了，保证服务的稳定，GC 永远会是 JAVA 程序员需要考虑的不稳定因素之一。复杂和高并发下的服务，必须保证每次 GC 不会出现性能下降，各种性能指标不会出现波动，GC 回收规律而且干净，找到合适的 JVM 设置。FULL GC 最会影响性能，根据代码问题，避免 FULL GC 频率。可以适当调大年轻代的容量，让大对象可以在年轻代触发 YONG GC，调整大对象在年轻代的回收频次，尽可能保证大对象在年轻代回收，减小老年代缩短回收时间。
内置的 JVM 性能分析工具
JDK 内置了以下 JVM 性能分析工具，可以直接用于分析 JVM 性能，无需额外安装。
| 工具 | 说明 |
|---|---|
| jstack | 查看 JVM 线程运行状态，是否有死锁现象等信息 |
| jinfo | 可以输出并修改运行时的 Java 进程的 opts |
| jps | 与 Unix 上的 ps 命令类似，用来显示本地的 Java 进程，可以查看本地运行着几个 Java 程序，并显示它们的进程号 |
| jstat | 一个极强的监视 VM 内存工具。可以用来监视 VM 内存内的各种堆和非堆的大小及其内存使用量 |
| jmap | 打印出某个 Java 进程（使用 pid）内存内的所有 对象 的情况（如：产生哪些对象及其数量） |
JVM 性能分析工具的使用
在使用下述工具前，建议先用 jps 命令获取当前的每个 JVM 进程号，然后选择要分析的 JVM 进程。
jstat 使用
jstat 工具特别强大，参数有众多的可选项，可详细地查看堆内各个部分的使用量，以及类加载的数量。使用时，需加上应用的进程 id 和所选参数。
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| jstat -class pid | 显示加载 Class 的数量，及所占空间等信息 |
| jstat -compiler pid | 显示 VM 实时编译的数量等信息 |
| jstat -gc pid | 显示 GC 的信息，查看 GC 的次数与时间 |
| jstat -gccapacity pid | 堆内存统计，包括堆内存的使用和占用大小 |
| jstat -gcnew pid | 新生代垃圾回收统计 |
| jstat -gcnewcapacity pid | 新生代内存统计 |
| jstat -gcold pid | 老年代垃圾回收统计 |
| jstat -gcutil pid | 堆内存（包括新生代、老年代）的垃圾回收统计 |
除了以上 pid 参数外，还可以同时加上两个数字，示例如下：
jstat -gcutil pid 1000 100: 每 1000 毫秒统计一次 GC 情况，一共统计 100 次jstat -printcompilation pid 250 6： 表示每 250 毫秒打印一次，一共打印 6 次，还可以加上-h3参数使每三行显示一次标题
jinfo 使用
jinfo 是 JDK 自带的命令，可以用来查看正在运行的 Java 应用程序的扩展参数，包括 Java System 属性和 JVM 命令行参数；也可以动态地修改正在运行的 JVM 一些参数。当系统崩溃时，jinfo 可以从 core 文件里面知道崩溃的 Java 应用程序的配置信息。
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| jinfo pid | 输出当前 JVM 进程的全部参数和系统属性 |
| jinfo -flag name pid | 查看指定的 JVM 参数的值，打印结果： - 无此参数，`+ 有此参数 |
| jinfo -flag [+/-]name pid | 开启或者关闭对应名称的参数（无需重启虚拟机） |
| jinfo -flag name=value pid | 修改指定参数的值 |
| jinfo -flags pid | 输出全部的参数 |
| jinfo -sysprops pid | 输出当前 JVM 进行的全部的系统属性 |
jmap 使用
jmap 命令可以生成堆内存的 Dump 文件，也可以查看堆内对象分析内存信息等，如果不使用这个命令，还可以使用 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数来让虚拟机在出现 OOM 的时候自动生成 Dump 文件。
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| jmap -dump:live,format=b,file=product.dump pid | Dump 堆内存到指定的文件，format 指定输出格式，live 指明是活着的对象，file 指定文件名。Eclipse 可以直接打开这个文件 |
| jmap -heap pid | 打印堆内存的概要信息，包括 GC 使用的算法、堆内存的配置和使用情况，可以用此来判断目前内存的使用情况以及垃圾回收情况 |
| jmap -finalizerinfo pid | 打印等待回收的对象信息 |
| jmap -histo:live pid | 打印堆的对象统计，包括对象数、内存大小等。特别注意，这个命令执行，JVM 会先触发一次 GC，然后再统计信息 |
| jmap -clstats pid | 打印 Java 类加载器的智能统计信息，对于每个类加载器而言，它的名称、活跃度、地址、父类加载器、加载的类的数量和大小都会被打印。此外，包含的字符串数量和大小也会被打印 |
-F 参数表示强制模式。如果指定的 pid 没有响应，请使用 jmap -dump 或 jmap -histo 选项。此模式下，不支持 live 子选项。使用示例：jmap -F -histo pid。
jstack 使用
jstack 是 JDK 自带的线程堆栈分析工具，使用该命令可以查看或导出 Java 应用程序中的线程堆栈信息。
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| jstack pid | 输出当前 JVM 进程的线程堆栈信息 |
| jstack -l pid > thread_dump.txt | 将当前 JVM 进程的线程堆栈信息 dump 出来，存储在指定的文件中 |
其他 JVM 性能分析工具
GCViewer
GCViewer 是一个图形化的 GC 日志分析工具，用于帮助用户理解 GC 的行为，分析停顿时间和 GC 的效率。
GCeasy
GCeasy 是一款在线的 GC 日志分析工具，可以通过 GC 日志分析进行内存泄漏检测、GC 暂停原因分析、JVM 配置建议优化等功能，而且是可以免费使用的（有一些服务是收费的）。
Arthas
Arthas（阿尔萨斯）是阿里巴巴开源的一款 Java 诊断工具，用于实时检测、诊断 Java 应用程序的性能问题。它是一个命令行工具，提供了丰富的功能，包括查看类加载信息、方法执行耗时、线程堆栈、内存分析等。Arthas 的设计目标是在生产环境中实时诊断和解决 Java 应用程序的问题。
MAT
MAT（Memory Analyzer Tool），一个基于 Eclipse 的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的 Java heap 分析工具，它可以帮助查找内存泄漏和减少内存消耗。