如何有效分析和优化JVM性能：从GC日志到调优技巧的完整指南

前言

不久前，一位读者在阿里巴巴的面试中遇到了GC日志分析的问题，虽然他部分回答了问题，但未能抓住关键点。因此，本文将深入探讨如何利用JDK的现有工具和可视化工具来分析GC日志，并进行JVM调优。

JVM调优实践

主要步骤

默认的策略虽然常用，但并不一定是最佳选择。

监控与分析GC日志
判断JVM问题：
- 如果参数设置合理，且系统没有超时日志，GC频率和耗时都在可接受范围内，则无需进行优化。
- 反之，如果GC时间超过1-3秒，或者频繁执行GC，则必须进行优化。
确定调优目标
调整参数
- 调优通常从满足程序的内存使用开始，接着是时间延迟要求，最后是吞吐量要求。这一过程必须循序渐进。
对比调优前后的差异
重复步骤：1、2、3、4、5，直至找到最佳的JVM参数设置。
将JVM参数应用于应用服务器：
- 找到最合适的参数并应用到所有服务器上，同时进行后续跟踪。

以上，是我们进行JVM调优的基本步骤。现在，我们就从第一步开始吧！

GC日志分析

初始参数设置

机器环境：

指标	参数
机器	CPU 12 核，内存 16GB
集群规模	单机
seqb_web 版本	1.0
数据库	4 核 16G

典型的JVM调优参数设置如下：

-Xms 堆内存的最小值：堆内存会根据使用情况自动调整，直到达到-Xmx设定的最大值。
-Xmx 堆内存的最大值：默认为总内存/64（小于1G），可根据需求调整。
-Xmn 新生代内存的最大值：包括Eden区和两个Survivor区的总和，通过参数配置。
-Xss 每个线程的栈内存：默认1M，一般不需修改，栈越小可创建的线程数越多。

整个堆的大小为年轻代大小加上老年代大小，建议在开发环境中分别设置Xms和Xmx，但在生产环境中，这两个值应保持一致，以避免波动。

这里需要特别注意，一般情况下，我们建议将Xms和Xmx的值设置为相同！

要确保默认配置没有性能瓶颈，进一步分析GC日志是关键。

-XX:+PrintGCDetails：开启GC日志以获取更详细的信息。
-XX:+PrintGCTimeStamps，-XX:+PrintGCDateStamps：开启GC时间和日期提示。
-XX:+PrintHeapAtGC：打印堆的GC日志。
-Xloggc:./logs/gc.log：指定GC日志的存储路径。

在Windows环境中，IDEA的配置如下：

配置完成后，日志将生成在E盘的logs文件夹中。

GC日志解读

Young GC日志分析：

2022-08-05T13:45:23.336+0800:  4.866:  [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen:  136353K->20975K(405504K)]  160049K->48437K(720384K),  0.0092260 secs]  [Times: user=0.00 sys=0.02, real=0.02 secs]

逐项解析如下：

2022-08-05T13:45:23.336+0800:  本次GC发生的时间  
4.866:  应用启动的时间  
[GC]  GC的类型（youngGC）  
(Metadata GC Threshold)  表示元空间超阈值  
[PSYoungGen: 136353K->20975K(405504K年轻代总空间)]  160049K->48437K(720384K)  整个堆的状态  
0.0092260 secs  表示本次垃圾回收的耗时  
[Times: user=0.00 sys=0.02, real=0.02 secs]  本次GC消耗的CPU时间及系统暂停时间

以上解析应该足够详细，大家是不是更容易理解了呢？

Full GC日志分析：

2022-08-05T20:24:47.815+0800:  6.955:  [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen:  701K->0K(72704K)]  [ParOldGen:  38678K->35960K(175104K)]  39380K->35960K(247808K),  [Metaspace:  56706K->56706K(1099776K)],  0.1921975 secs]  [Times: user=1.03 sys=0.00, real=0.19 secs]

逐项解析如下：

2022-08-05T20:24:47.815+0800:  本次GC的发生时间  
6.955:  服务启动后到Full GC的时间  
[Full GC (Metadata GC Threshold)  表示元空间超出阈值  
[PSYoungGen: 701K->0K(72704K)]  年轻代没有回收空间  
[ParOldGen: 38678K->35960K(175104K)]  老年代没有达到阈值  
39380K->35960K(247808K)  表示整个堆的状态  
[Metaspace:  56706K->56706K(1099776K)],  0.1921975 secs  表示本次GC的耗时  
[Times: user=1.03 sys=0.00, real=0.19 secs]  本次GC消耗的CPU时间及系统暂停时间

有些朋友可能会觉得日志内容太复杂，难以理解。

GC日志可视化分析

为了更有效地分析GC日志，建议将GC日志输出到一个文件中，并使用GC日志分析工具（如gceasy.io）进行分析。

完成分析后，可以下载生成的分析报告。

1) JVM内存占用情况：

Generation【区域】	Allocated【最大值】	Peak【占用峰值】
Young Generation【年轻代】	74.5 mb	74.47 mb
Old Generation【老年轻代】	171 mb	95.62 mb
Meta Space【元空间】	1.05 gb	55.38 mb
Young + Old + Meta space【整体】	1.3 gb	212.64 mb