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到目前為止，還沒有做明確的優(yōu)化工作。只是做了初始化選擇工作，比如說(shuō)：JVM部署模型、JVM運(yùn)行環(huán)境、收集哪些垃圾回收器的信息以及需要遵守垃圾回收原則。這一步將介紹如何評(píng)估應(yīng)用需要的內(nèi)存大小以及Java堆大小。首先需要判斷出應(yīng)用存活的數(shù)據(jù)的大小，存活數(shù)據(jù)的大小是決定配置應(yīng)用需要的Java堆大小的重要條件，也能夠決定是否需要重新審視一下應(yīng)用的內(nèi)存需求或者修改應(yīng)用程序以滿足內(nèi)存需求。

注意：存活數(shù)據(jù)是指，應(yīng)用處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，在Java堆里面長(zhǎng)期存活的對(duì)象。換一句話說(shuō)，就是應(yīng)用在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下，F(xiàn)ull GC之后，Java堆的所占的空間。

約束

有多少物理內(nèi)存可以供JVM使用？是部署多個(gè)JVM或者單個(gè)JVM？對(duì)做出的決定有重要影響。下面列出了一些要點(diǎn)可以幫助決定有多少物理內(nèi)存可以供使用。

1、一個(gè)機(jī)器上面只是部署一個(gè)JVM，且就一個(gè)應(yīng)用使用？如果是這種情況，那么機(jī)器的所有物理內(nèi)存可以供JVM使用。

2、一個(gè)機(jī)器上部署了多個(gè)JVM？或者一個(gè)機(jī)器上部署了多個(gè)應(yīng)用？如果是這兩個(gè)中的任何一種情況，你就必須要決定每一個(gè)JVM或者應(yīng)用需要分配多少內(nèi)存了。

無(wú)論是前面的哪種情況，都需要給操作系統(tǒng)留出一些內(nèi)存。

HotSpot VM的堆結(jié)構(gòu)

在做內(nèi)存占用測(cè)量之前，我們必須要先理解HotSpot VM Java堆的結(jié)構(gòu)，理解這個(gè)對(duì)決定應(yīng)用需要的Java堆大小以及優(yōu)化垃圾收器性能有很好的幫助。

HotSpot VM有3個(gè)主要的空間：young代、old代以及permanent代,如上圖所示。

當(dāng)Java應(yīng)用分配Java對(duì)象時(shí)，這些對(duì)象被分配到y(tǒng)oung代。在經(jīng)歷過(guò)幾次minor GC之后，如果對(duì)象還是存活的，就會(huì)被轉(zhuǎn)移到old代空間。permanent代空間存儲(chǔ)了VM和Java類的元數(shù)據(jù)比如內(nèi)置的字符串和類的靜態(tài)變量。

-Xmx和-Xms這個(gè)兩個(gè)命令行選項(xiàng)分別指定yound代加上old代空間的總和的初始最大值和最小值，也就是Java堆的大小。當(dāng)-Xms的值小于-Xmx的值的時(shí)候，Java堆的大小可以在最大值和最小值之前浮動(dòng)。當(dāng)Java應(yīng)用強(qiáng)調(diào)吞吐量和延遲的時(shí)候，傾向于把-Xms和-Xmx設(shè)置成相同的值，由于調(diào)整young代或者old代的大小都需要進(jìn)行Full GC，F(xiàn)ull GC降低吞吐量以及加強(qiáng)延遲。

young代的空間可以通過(guò)下面的任意一個(gè)命令行選項(xiàng)來(lái)設(shè)置：

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1、-XX:NewSize=<n>[g|m|k]

young代的初始值和最小值。<n>是大小，[g|m|k]表示單位是G字節(jié)，M字節(jié)或者千字節(jié)。young代的大小不會(huì)小于這個(gè)值。當(dāng)設(shè)定-XX:NewSize=<n>[g|m|k]的時(shí)候，-XX:MaxNewSize=<n>[g|m|k]需要被指定。

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2、-XX:MaxNewSize=<n>[g|m|k]

young區(qū)空間的最大值。同上面反過(guò)來(lái)，當(dāng)指定-XX:MaxNewSize=<n>[g|m|k]的需要指定-XX:NewSize=<n>[g|m|k]。

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3、-Xmn<n>[g|m|k]

直接指定young代的初始值、最小值以及最大值。也就是說(shuō)，young區(qū)的大小被固定成這個(gè)值了。這個(gè)值用來(lái)鎖定young代的大小很方便。

有一點(diǎn)需要注意的是，如果-Xms和-Xmx沒有被設(shè)定成相同的值，而且-Xmn被使用了，當(dāng)調(diào)整Java堆的大小的時(shí)候，不會(huì)調(diào)整young代的空間大小，young代的空間大小會(huì)保持恒定。因此，-Xmn應(yīng)該在-Xms和-Xmx設(shè)定成相同的時(shí)候才指定。

old代的空間大小可以基于young代的大小進(jìn)行計(jì)算，old代的初始值的大小是-Xms的值減去-XX:NewSize，最大值是-Xmx減去-XX:MaxNewSize，如果-Xmx和-Xms設(shè)置成了相同的值，而且使用-Xmn選項(xiàng)或者-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize設(shè)置成了相同的值，那么old代的大小就是-Xmx減去-Xmn。

permanent代的大小通過(guò)下面命令行參數(shù)指定

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1、-XX:PermSize=<n>[g|m|k]

表示permanent代的初始值和最小值，n表示數(shù)值，g|m|k表示單位、permanent的空間一定不會(huì)比這個(gè)空間小。

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2、-XX:MaxPermSize=<n>[g|m|k]

permanent代的最大值，permanent代的大小不會(huì)超過(guò)這個(gè)值。

Java應(yīng)用應(yīng)該指定這兩個(gè)值成為同一個(gè)值，由于這個(gè)值的調(diào)整會(huì)導(dǎo)致Full GC。

如果上面提到的Java堆大小、young代、permanent代的大小都沒有指定，那么JVM會(huì)根據(jù)應(yīng)用的情況自行計(jì)算。

在young代、old代以及permanent代中任何一個(gè)空間里面無(wú)法分配對(duì)象的時(shí)候就會(huì)觸發(fā)垃圾回收，理解這點(diǎn)，對(duì)后面的優(yōu)化非常重要。當(dāng)young代沒有足夠空間分配Java對(duì)象的時(shí)候，觸發(fā)minor GC。minor GC相對(duì)于Full GC來(lái)說(shuō)會(huì)更短暫。

一個(gè)對(duì)象在經(jīng)歷過(guò)一定次數(shù)的Minor GC之后，如果還存活，那么會(huì)被轉(zhuǎn)移到old代（對(duì)象有一個(gè)“任期閥值”的概念，優(yōu)化延遲的時(shí)候再介紹）。當(dāng)old代沒有足夠空間放置對(duì)象的時(shí)候，HotSpot VM觸發(fā)full GC。實(shí)際上在進(jìn)行Minor GC的時(shí)候發(fā)現(xiàn)沒有old代足夠的空間來(lái)進(jìn)行對(duì)象的轉(zhuǎn)移，就會(huì)觸發(fā)FullGC，相對(duì)于在MinorGC的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)象的移動(dòng)失敗了然后觸發(fā)FullGC，這樣的策略會(huì)有更小的花費(fèi)。當(dāng)permanent代的空間不夠用的時(shí)候的，也會(huì)觸發(fā)FullGC。

如果FullGC是由于old代滿了而觸發(fā)的，old代和permanent代的空間都會(huì)被垃圾回收，即使permanent代的空間還沒有滿。同理，如果FullGC是由于permanent代滿了而觸發(fā)的，old代和permanent代的空間都會(huì)被垃圾回收，即使old代的空間還沒有滿。另外，young代同樣會(huì)被垃圾回收，除非-XX:+ScavengeBeforeFullGC選項(xiàng)被指定了，-XX:+ScavengeBeforeFullGC關(guān)閉FullGC的時(shí)候young代的垃圾回收。

堆大小優(yōu)化的起點(diǎn)

為了進(jìn)行Java堆大小的優(yōu)化，一個(gè)合適的起點(diǎn)很重要。這節(jié)描述的方案是需要先使用比應(yīng)用需要量更大的Java堆作為開始。這一步的目的是收集一些初始化信息以及為了進(jìn)一步優(yōu)化Java堆大小需要的數(shù)據(jù)。

就像在“選擇JVM runtime”小節(jié)里面提到過(guò)的，由吞吐量垃圾回收器（throughput garbage collector）開始。記住，使用吞吐量垃圾回收器通過(guò)設(shè)置-XX:+UserParallelOldGC命令行選項(xiàng)，如果你使用的HotSpot VM不支持的這個(gè)選項(xiàng)，那么就使用-XX:+UserParallelGC。

如果你能夠準(zhǔn)確的預(yù)估到應(yīng)用需要消耗的Java堆空間，可以通過(guò)設(shè)定-Xmx和-Xms來(lái)作為這個(gè)步驟的起點(diǎn)。如果你不知道該設(shè)定什么值，就讓JVM來(lái)選擇吧，反正后面，都會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

關(guān)于如何監(jiān)控GC日志前面的“GC優(yōu)化基礎(chǔ)”已經(jīng)描述過(guò)了。GC日志會(huì)展示在使用中的java堆的大小。初始化和最大的堆大小可以通過(guò)-XX:+PrintCommandLineFlags來(lái)查看。-XX:+PrintCommandLineFlags打印出在HotSpot VM初始化的時(shí)候選擇的初始值和最大值比如-XX:InitialHeapSize=<n> -XX:MaxHeapSize=<m>,這里n表示初始化的java堆大小值，m表示java堆的最大值。

不管你是指定java堆的大小還是使用默認(rèn)的大小，必須讓應(yīng)用進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，你必須要有能力和手段讓應(yīng)用處于和線上穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)相同的狀態(tài)。

如果在企圖讓應(yīng)用進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)候，你在垃圾回收日志里面觀察到OutOfMemoryError，注意是old代溢出還是permanent代溢出。下面一個(gè)old代溢出的例子：

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2012-07-15T18:51:03.895-0600: [Full GC[PSYoungGen: 279700K->267300K(358400K)]
[ParOldGen: 685165K->685165K(685170K)]
964865K->964865K(1043570K)
[PSPermGen: 32390K->32390K(65536K)],0.2499342 secs]
[Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.05 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

上面重要的部分加粗標(biāo)示了，由于使用的是吞吐量垃圾回收器，old代的統(tǒng)計(jì)信息標(biāo)示為ParOldGen。這行表示了old代的在FullGC的時(shí)候占用的空間。從這個(gè)結(jié)果來(lái)看，可以得出的結(jié)論是old代的空間太小了，由于FullGC前后old代的被占用的空間和分配的空間基本相等了，因此，JVM報(bào)了OutOfMemoryError。相比較，通過(guò)PSPermGen這行可以看出permanent代的空間占用是32390K，和他的容量（65536K）比還是有一定的距離。

下面的例子展示了由于permanent太少了而導(dǎo)致的OutOfMemoryError發(fā)生的例子

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2012-07-15T18:26:37.755-0600: [Full GC
[PSYoungGen: 0K->0K(141632K)]
[ParOldGen: 132538K->132538K(350208K)]
32538K->32538K(491840K)
[PSPermGen: 65536K->65536K(65536K)],
0.2430136 secs]
[Times: user=0.37 sys=0.00, real=0.24 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

同上面一樣，把關(guān)鍵行標(biāo)示出來(lái)了，通過(guò)PSPermGen這行可以看出在FullGC前后，他的空間占用量都和他的容量相同，可以得出的結(jié)論是permanent代的空間條小了，這樣就導(dǎo)致了OutOfMemoryError。在這個(gè)例子里面，old的占用空間（132538K）遠(yuǎn)比他的容量（350208K）小。

如果在垃圾回收日志中觀察到OutOfMemoryError,嘗試把Java堆的大小擴(kuò)大到物理內(nèi)存的80%~90%。尤其需要注意的是堆空間導(dǎo)致的OutOfMemoryError以及一定要增加空間。比如說(shuō)，增加-Xms和-Xmx的值來(lái)解決old代的OutOfMemoryError,增加-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來(lái)解決permanent代引起的OutOfMemoryError。記住一點(diǎn)Java堆能夠使用的容量受限于硬件以及是否使用64位的JVM。在擴(kuò)大了Java堆的大小之后，再檢查垃圾回收日志，直到?jīng)]有OutOfMemoryError為止。

如果應(yīng)用運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)下沒有OutOfMemoryError就可以進(jìn)入下一步了，計(jì)算活動(dòng)對(duì)象的大小。

計(jì)算活動(dòng)對(duì)象的大小

就像前面提到的，活動(dòng)對(duì)象的大小是應(yīng)用處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間存活數(shù)據(jù)占用的Java堆的空間大小。換句話說(shuō)，就是應(yīng)用穩(wěn)定運(yùn)行是，在FullGC之后，old代和permanent代的空間大小。

活動(dòng)對(duì)象的大小可以通過(guò)垃圾回收日志查看，它提供了一些優(yōu)化信息，如下：

1、應(yīng)用處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，old代的Java堆空間占用數(shù)量。

2、應(yīng)用處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，permanent代的Java堆空間占用數(shù)量。

為了保證能夠準(zhǔn)確的評(píng)估應(yīng)用的活動(dòng)對(duì)象大小，最好的做法是多看幾次FullGC之后Java堆空間的大小，保證FullGC是發(fā)生在應(yīng)用處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。

如果應(yīng)用沒有發(fā)生FullGC或者發(fā)生FullGC的次數(shù)很少，在性能測(cè)試環(huán)境，可以通過(guò)Java監(jiān)控工具來(lái)觸發(fā)FullGC，比如使用VisualVM和JConsole，這些工具在最新的JDK的bin目錄下可以找到，VisualVM集成了JConsole，VisualVM或者JConsole上面有一個(gè)觸發(fā)GC的按鈕。

另外，jmap命令可以選擇來(lái)強(qiáng)制HotSpot VM進(jìn)行FullGC。jmap 需要-histo:live命令選項(xiàng)以及JVM進(jìn)程id。JVM的進(jìn)程id可以通過(guò)jps命令獲取。比如JVM的進(jìn)程id是348，jmap命令用來(lái)觸發(fā)FullGC可以想如下這樣寫：

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$ jmap -histo:live 348

jmap不僅僅觸發(fā)FullGC，而且產(chǎn)生堆的關(guān)于對(duì)象分配的概要信息。不過(guò)就目前這步的目的而言，可以忽略產(chǎn)生的堆概要信息。

初始化堆大小配置

本節(jié)描述了怎樣利用活動(dòng)對(duì)象的大小來(lái)決定初始化的Java堆的大小。下面的圖，給出了應(yīng)用存活的對(duì)象的大小。比較明智的做法是多收集幾次FullGC信息，有更多的信息，能夠做出更加好的決定。

通過(guò)活動(dòng)對(duì)象大小的信息，可以做出關(guān)于Java堆的大小有根據(jù)的決定，以及可以估計(jì)出最壞情況下會(huì)導(dǎo)致的延遲。

比較常規(guī)是，Java堆大小的初始化值和最大值（通過(guò)-Xms和-Xmx選項(xiàng)來(lái)指定）應(yīng)該是old代活動(dòng)對(duì)象的大小的3到4倍。

在上圖中顯示的FullGC信息中，在FullGC之后old代的大小是295111K,差不多是295M，即活動(dòng)的對(duì)象的大小是295M。因此，推薦的Java堆的初始化和最大值應(yīng)該是885M到1180M，即可以設(shè)置為-Xms885m -Xmx1180m。在這個(gè)例子中,Java堆的大小是1048570K差不多1048M，在推薦值范圍內(nèi)。

另外一個(gè)常規(guī)是，permanent的初始值和最大值（-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize）應(yīng)該permanent代活動(dòng)對(duì)象大小的1.2到1.5倍。在上圖中看到在FullGC之后permanent代占用空間是32390K，差不多32M。因此，permanent代的推薦大小是38M到48M,即可以設(shè)置為-XX:PermSize=48m -XX:MaxPermSize=48m(1.5倍)。這個(gè)例子里面，permanent代的空間大小是65536K即64M，大出了17M，不過(guò)在1G內(nèi)存的系統(tǒng)的中，這個(gè)數(shù)值完全可以忍受。

另外一個(gè)常規(guī)是，young代空間應(yīng)該是old代活動(dòng)對(duì)象大小的1到1.5倍。那么在這里例子中，young代的大小可以設(shè)置為295M到442M。本例里面，young代的空間大小的358400K，差不多358M，在推薦值中間。

如果推薦的Java堆的初始值和最大值是活動(dòng)對(duì)象大小3到4倍，而young代的推薦只是1到1.5倍，那么old代空間大小應(yīng)該是2到3倍。

通過(guò)以上規(guī)則，我們可以使用的Java命令可以是這樣的:

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java -Xms1180m -Xmx1180m -Xmn295m -XX:PermSize=48m -XX:MaxPermSize=48m

另外一些考慮

本節(jié)將提及到在進(jìn)行應(yīng)用內(nèi)存占用評(píng)估的時(shí)候，另外一些需要記住的點(diǎn)。首先，必須要知道，前面只是評(píng)估的Java堆的大小，而不是Java應(yīng)用占用的所有的內(nèi)存，如果要查看Java應(yīng)用占用的所有內(nèi)存在linux下可以通過(guò)top命令查看或者在window下面通過(guò)任務(wù)管理器來(lái)查看，盡管Java堆的大小可能對(duì)Java應(yīng)用占用內(nèi)存做出了最大的貢獻(xiàn)。比如說(shuō)，為了存儲(chǔ)線程堆棧，應(yīng)用需要額外的內(nèi)存，越多的線程，越多內(nèi)存被線程棧消耗，越深的方法間調(diào)用，線程棧越多。另外，本地庫(kù)需要分配額外的內(nèi)存，I/O緩存也需要額外的內(nèi)存。應(yīng)用的內(nèi)存消耗需要評(píng)估到應(yīng)用任何一個(gè)會(huì)消耗內(nèi)存的地方。

記住，這一步操作不一定能夠滿足應(yīng)用內(nèi)存消耗的需求，如果不能滿足，就回過(guò)頭來(lái)看需求是否合理或者修改應(yīng)用程序。比較可行的一種辦法是修改應(yīng)用程序減小對(duì)象的分配，從而減少內(nèi)存的消耗。

Java堆的大小計(jì)算僅僅只是開始，根據(jù)需求，在后面的優(yōu)化步驟中可能會(huì)修改。

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