Java虚拟机参数及其配置
Java虚拟机参数基础
Java虚拟机（JVM）参数是一系列用于控制JVM运行时行为的配置选项。这些参数可以影响内存管理、垃圾回收策略、性能调优以及调试等多个方面。在深入探讨各种参数之前，我们先来了解一些基本概念。
JVM参数分类
- 标准参数：这些参数是标准化的，在不同的JVM实现中基本保持一致，并且通常具有稳定的功能。它们以
-开头，例如-version用于查看JVM的版本信息。示例：
java -version
这将输出当前运行的Java版本号，比如：
java version "11.0.12" 2021-07-20 LTS
Java(TM) SE Runtime Environment 18.9 (build 11.0.12+7-LTS-267)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 18.9 (build 11.0.12+7-LTS-267, mixed mode)
- 非标准参数：这类参数并非标准化的，不同的JVM实现可能会有不同的含义和行为。它们以
-X开头，例如-Xmx用于设置JVM堆的最大内存大小。虽然非标准，但在大多数HotSpot JVM中被广泛支持。示例：
java -Xmx512m YourMainClass
这里将JVM堆的最大内存设置为512MB。
3. 不稳定参数：这些参数是实验性的，可能会在未来的JVM版本中发生变化甚至被移除。它们以 -XX 开头，例如 -XX:+UseG1GC 用于启用G1垃圾回收器。示例：
java -XX:+UseG1GC YourMainClass
这里启用了G1垃圾回收器，注意这类参数的使用需要谨慎，因为其行为可能不稳定。
内存相关参数
堆内存参数
- -Xms：设置JVM堆的初始内存大小。例如，如果设置
-Xms256m，则JVM启动时堆的大小为256MB。如果应用程序在启动时就需要大量内存，适当增大-Xms可以避免频繁的堆扩展。示例代码如下：
public class MemoryExample {
public static void main(String[] args) {
byte[] data = new byte[1024 * 1024 * 100]; // 分配100MB内存
System.out.println("Allocated 100MB memory.");
}
}
在运行这段代码时，可以使用 -Xms256m 参数，确保一开始就有足够的堆内存：
java -Xms256m MemoryExample
- -Xmx：设置JVM堆的最大内存大小。如果应用程序在运行过程中需要动态分配大量内存，如处理大数据集或进行复杂的计算，
-Xmx的合理设置就至关重要。若设置过小，可能导致OutOfMemoryError。例如-Xmx1024m将堆的最大内存设置为1GB。假设我们有一个简单的内存占用程序：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class LargeMemoryUsage {
public static void main(String[] args) {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
try {
list.add(new byte[1024 * 1024]); // 每次添加1MB数据
} catch (OutOfMemoryError e) {
System.out.println("OutOfMemoryError caught. Maximum memory reached.");
break;
}
}
}
}
运行时可以设置 -Xmx512m：
java -Xmx512m LargeMemoryUsage
程序最终会因为达到 -Xmx 设置的最大内存而抛出 OutOfMemoryError。
- -Xmn：设置新生代的大小。新生代是对象创建和短期存活的区域。合理设置
-Xmn可以优化垃圾回收效率，因为新生代的垃圾回收通常比老年代更频繁且速度更快。例如-Xmn128m将新生代大小设置为128MB。下面是一个简单的示例来演示新生代对对象生命周期的影响：
public class YoungGenerationExample {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
byte[] smallData = new byte[1024]; // 创建小对象
}
System.out.println("Created a large number of small objects.");
}
}
运行时使用 -Xmn128m 参数：
java -Xmn128m YoungGenerationExample
通过调整 -Xmn 大小，可以观察到垃圾回收行为的变化。
非堆内存参数
- -XX:MetaspaceSize：在Java 8及以后的版本中，元空间（Metaspace）取代了永久代。
-XX:MetaspaceSize设置元空间的初始大小。元空间主要存储类的元数据，如类的结构、方法、常量池等。如果应用程序加载大量的类，适当调整此参数很重要。例如，设置-XX:MetaspaceSize=64m，初始元空间大小为64MB。示例代码：
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class MetaspaceExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
List<Class<?>> classes = new ArrayList<>();
while (true) {
Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.String");
Method method = clazz.getMethod("length");
classes.add(clazz);
}
}
}
运行时设置 -XX:MetaspaceSize=64m：
java -XX:MetaspaceSize=64m MetaspaceExample
随着类的不断加载，当元空间达到初始大小后，会根据需要进行扩展。
2. -XX:MaxMetaspaceSize：设置元空间的最大大小。若不设置此参数，元空间理论上可以使用系统可用的所有内存，但在实际应用中，为了避免耗尽系统资源，通常会设置一个合理的上限。例如 -XX:MaxMetaspaceSize=256m 将元空间最大大小设置为256MB。
垃圾回收相关参数
垃圾回收器选择参数
- -XX:+UseSerialGC：启用串行垃圾回收器。串行垃圾回收器是单线程的，适用于单核处理器环境或对停顿时间要求不高的小型应用程序。在这种模式下，垃圾回收时会暂停所有应用线程。示例：
java -XX:+UseSerialGC YourMainClass
假设我们有一个简单的计算任务程序：
public class SerialGCTest {
public static void main(String[] args) {
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
double result = Math.sqrt(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Execution time: " + (endTime - startTime) + " ms");
}
}
运行时使用 -XX:+UseSerialGC：
java -XX:+UseSerialGC SerialGCTest
观察其执行时间和垃圾回收的停顿情况。 2. -XX:+UseParallelGC：启用并行垃圾回收器，也称为吞吐量优先垃圾回收器。它使用多线程进行垃圾回收，适用于多核处理器环境，目标是最大化应用程序的吞吐量（即应用程序运行时间与总运行时间的比率）。示例：
java -XX:+UseParallelGC YourMainClass
同样对上述 SerialGCTest 程序，使用并行垃圾回收器运行：
java -XX:+UseParallelGC SerialGCTest
比较与串行垃圾回收器下的执行时间和吞吐量。 3. -XX:+UseConcMarkSweepGC：启用CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾回收器，它是一种以获取最短停顿时间为目标的垃圾回收器，适用于对响应时间要求较高的应用程序，如Web应用。CMS垃圾回收器在进行垃圾回收时，尽量与应用程序并发执行，减少停顿时间。示例：
java -XX:+UseConcMarkSweepGC YourMainClass
- -XX:+UseG1GC：启用G1（Garbage - First）垃圾回收器。G1是一种面向服务器的垃圾回收器，适用于多核处理器和大内存的应用程序。它将堆内存划分为多个大小相等的Region，在回收时可以根据Region中垃圾的多少，优先回收垃圾最多的Region，从而提高回收效率。示例：
java -XX:+UseG1GC YourMainClass
垃圾回收器调优参数
- -XX:ParallelGCThreads：对于并行垃圾回收器，此参数设置垃圾回收的并行线程数。在多核处理器环境下，适当增加此参数可以提高垃圾回收效率，但也会增加系统资源的竞争。例如
-XX:ParallelGCThreads=8设置并行线程数为8。示例代码：
public class ParallelGCThreadsExample {
public static void main(String[] args) {
byte[] data = new byte[1024 * 1024 * 500]; // 分配500MB内存
System.out.println("Allocated 500MB memory.");
}
}
运行时使用 -XX:ParallelGCThreads=8：
java -XX:ParallelGCThreads=8 ParallelGCThreadsExample
观察垃圾回收的速度和应用程序的响应。
2. -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：对于CMS垃圾回收器，此参数设置在老年代达到多少占用率时开始执行CMS垃圾回收周期。默认值是68%，即当老年代占用率达到68%时，启动CMS垃圾回收。如果应用程序的对象晋升到老年代的速度较快，可以适当降低此值，以避免老年代满而导致Full GC。例如 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75 将此比例设置为75%。
3. -XX:G1HeapRegionSize：对于G1垃圾回收器，此参数设置G1堆中每个Region的大小。G1会根据堆大小自动调整Region的大小，但也可以手动设置。例如 -XX:G1HeapRegionSize=16m 将每个Region大小设置为16MB。
性能调优相关参数
编译相关参数
- -XX:CompileThreshold：设置方法被调用多少次后会被即时编译器（JIT）编译成本地代码。默认值是10000次，对于一些短时间内频繁调用的方法，可以适当降低此值，让JIT更早地编译这些方法，提高执行效率。例如
-XX:CompileThreshold=5000将编译阈值设置为5000次。示例代码：
public class CompileThresholdExample {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
calculate(i);
}
}
private static double calculate(int num) {
return Math.sqrt(num);
}
}
运行时使用 -XX:CompileThreshold=5000：
java -XX:CompileThreshold=5000 CompileThresholdExample
观察执行时间的变化。 2. -XX:+TieredCompilation：启用分层编译。分层编译将编译过程分为多个层次，不同层次的编译优化程度不同。这可以在启动速度和运行效率之间取得较好的平衡。默认情况下，Java 7及以后的版本是启用分层编译的。示例：
java -XX:+TieredCompilation YourMainClass
其他性能参数
- -XX:MaxDirectMemorySize：设置直接内存的最大大小。直接内存是Java堆外的一块内存区域，常用于NIO操作等场景。如果应用程序大量使用直接内存，如进行文件I/O或网络通信，合理设置此参数可以避免OutOfMemoryError。例如
-XX:MaxDirectMemorySize=256m将直接内存最大大小设置为256MB。示例代码：
import java.nio.ByteBuffer;
public class DirectMemoryExample {
public static void main(String[] args) {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024 * 100); // 分配100MB直接内存
System.out.println("Allocated 100MB direct memory.");
}
}
运行时使用 -XX:MaxDirectMemorySize=256m：
java -XX:MaxDirectMemorySize=256m DirectMemoryExample
- -Dsun.nio.ch.bugLevel：此参数用于调整NIO（New I/O）相关的性能和行为。例如，设置
-Dsun.nio.ch.bugLevel=release可以优化NIO的性能，适用于生产环境。示例：
java -Dsun.nio.ch.bugLevel=release YourMainClass
调试相关参数
日志参数
- -Xloggc:filename：将垃圾回收日志输出到指定文件。例如
-Xloggc:gc.log会将垃圾回收的详细信息记录到gc.log文件中。通过分析这些日志，可以了解垃圾回收的频率、停顿时间、内存使用情况等，从而进行垃圾回收调优。示例代码：
public class GCLogExample {
public static void main(String[] args) {
byte[] data = new byte[1024 * 1024 * 100]; // 分配100MB内存
System.out.println("Allocated 100MB memory.");
}
}
运行时使用 -Xloggc:gc.log：
java -Xloggc:gc.log GCLogExample
查看 gc.log 文件内容，例如：
2023-09-15T10:00:00.123+0800: 0.123: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 30720K->5120K(32768K)] 30720K->15360K(126976K), 0.001234 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
这里记录了一次新生代垃圾回收的相关信息，包括回收前后新生代和堆的内存使用情况，以及回收耗时。
2. -XX:+PrintGCDetails：在控制台输出详细的垃圾回收信息。与 -Xloggc 结合使用，可以在开发和调试过程中更方便地查看垃圾回收的细节。示例：
java -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:gc.log YourMainClass
输出内容类似：
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 30720K->5120K(32768K)] 30720K->15360K(126976K), 0.001234 secs]
Heap
PSYoungGen total 32768K, used 21024K [0x00000007bfd00000, 0x00000007c1d00000, 0x00000007c1d00000)
eden space 28672K, 73% used [0x00000007bfd00000,0x00000007c15340a0,0x00000007c1500000)
from space 4096K, 125% used [0x00000007c1500000,0x00000007c1a00010,0x00000007c1900000)
to space 4096K, 0% used [0x00000007c1900000,0x00000007c1900000,0x00000007c1d00000)
ParOldGen total 94208K, used 10240K [0x00000007b9800000, 0x00000007bfd00000, 0x00000007bfd00000)
object space 94208K, 10% used [0x00000007b9800000,0x00000007b9d00010,0x00000007bfd00000)
Metaspace used 3283K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 358K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
详细展示了堆内存各个区域的使用情况。
调试工具参数
- -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=y,suspend=y,address=5005：启用远程调试功能。通过此参数，JVM会启动一个调试服务器，允许外部调试工具（如Eclipse、Intellij IDEA）连接到该JVM进行调试。
transport=dt_socket表示使用套接字传输，server=y表示作为服务器端，suspend=y表示JVM启动后暂停，等待调试器连接，address=5005表示监听在5005端口。示例：
java -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=y,suspend=y,address=5005 YourMainClass
在IDE中配置远程调试，连接到 localhost:5005 即可对程序进行调试。
2. -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：当发生OutOfMemoryError时，自动生成堆转储文件（heap dump）。堆转储文件包含了JVM堆内存的快照，通过分析此文件可以找出导致内存溢出的原因。例如 -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof 设置堆转储文件的路径为 /tmp/heapdump.hprof。示例代码：
public class HeapDumpExample {
public static void main(String[] args) {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
list.add(new byte[1024 * 1024]); // 不断分配内存
}
}
}
运行时使用 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof：
java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof HeapDumpExample
当程序抛出 OutOfMemoryError 时，会在 /tmp 目录下生成 heapdump.hprof 文件，可以使用工具如MAT（Memory Analyzer Tool）进行分析。
在实际应用中，合理配置JVM参数对于提高应用程序的性能、稳定性和可维护性至关重要。需要根据应用程序的特点、硬件环境以及业务需求，不断试验和调整参数，以达到最佳的运行效果。同时，随着JVM技术的不断发展，新的参数和功能也会不断涌现，开发者需要持续关注并学习相关知识。