你的位置:首页 > 软件开发 > Java > 成为Java GC专家(5)—Java性能调优原则

成为Java GC专家(5)—Java性能调优原则

发布时间:2015-10-18 22:20:32
并不是每个程序都需要调优。如果一个程序性能表现和预期一样,你不必付出额外的精力去提高它的性能。然而,在程序调试完成之后,很难马上就满足它的性能需求,于是就有了调优这项工作。无论哪种编程语言,对应用程序进行调优都需要丰富的技术知识并且注意力高度集中。另外,你也不应该用相同的方式对两 ...

成为Java GC专家(5)—Java性能调优原则

并不是每个程序都需要调优。如果一个程序性能表现和预期一样,你不必付出额外的精力去提高它的性能。然而,在程序调试完成之后,很难马上就满足它的性能需求,于是就有了调优这项工作。无论哪种编程语言,对应用程序进行调优都需要丰富的技术知识并且注意力高度集中。另外,你也不应该用相同的方式对两个程序调优,因为每个程序都有它自己独特的运作方式和不同的资源使用方式。正因如此,调优比写程序需要更多基础知识。例如,你需要熟悉虚拟机、操作系统和计算机架构。而当你面对在这些知识基础上编写的程序时,就能成功地对它进行调优。

有时调优Java程序只需要修改JVM参数,比如GC的参数。但也有些时候需要修改程序代码。无论那种方法,你首先都需要监控执行Java程序的进程。因此本文会讲解下面几个问题:

  • 怎样监控Java程序?
  • 应该给JVM设置怎样的参数?
  • 如何确定是否需要修改代码?

对Java程序进行调优的必要知识

Java程序在Java虚拟机中运行。因此为了进行调优,你需要理解JVM的工作流程。我之前有一篇博文Understanding JVM Internals,将让你对JVM有深入的了解。

本文中有关JVM运作过程的知识主要关于GC和Hotspot。尽管只有这两方面的知识可能无法对所有的Java程序进行调优,但是这两个因素在大多数情况下都影响着Java程序的性能。

值得注意的是,从操作系统的角度来看,JVM也是一个应用程序进程。为了给JVM创造良好的运行环境,你还需要对操作系统分配资源的过程有所了解。这意味着,想要调优Java程序,除了JVM你也应该理解操作系统或者硬件的工作方式。

需要具有的知识还有Java这门语言本身。另外理解锁和并发、类加载和对象创建都是非常重要的。

当开始调优Java程序时,你应该整合以上各方面的知识来完成工作。

Java程序性能调优的过程

图1是一张Java程序性能调优的流程图,摘自由Charlie Hunt和Binu John所著的Java Performance

成为Java GC专家(5)—Java性能调优原则

图1:Java程序性能调优的过程

无论如何,仅通过一次尝试就找到合适的堆空间和新生代空间大小是不可能的。根据我在NHN运行Web服务器的经验,建议使用下面的JVM参数来运行Java程序。监控在这些参数的条件下程序的性能表现之后,你就能够选择更合适的GC算法或者配置。

表3:推荐的JVM参数

类型参数
运行模式-sever
整个堆内存大小为-Xms和-Xmx设置相同的值。
新生代空间大小-XX:NewRatio: 2到4. -XX:NewSize=? –XX:MaxNewSize=?. 使用NewSize代替NewRatio也是可以的。
持久代空间大小-XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=256m. 设置一个在运行中不会出现问题的值即可,这个参数不影响性能。
GC日志-Xloggc:$CATALINA_BASE/logs/gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps. 记录GC日志并不会特别地影响Java程序性能,推荐你尽可能记录日志。
GC算法-XX:+UseParNewGC -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75. 一般来说推荐使用这些配置,但是根据程序不同的特性,其他的也有可能更好。
发生OOM时创建堆内存转储文件-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=$CATALINA_BASE/logs
发生OOM后的操作-XX:OnOutOfMemoryError=$CATALINA_HOME/bin/stop.sh 或 -XX:OnOutOfMemoryError=$CATALINA_HOME/bin/restart.sh. 记录内存转储文件后,为了管理的需要执行一个合适的操作。

测定程序的性能

为了得到程序的性能表现,需要以下这些信息:

  • 系统吞吐量(TPS、OPS):从整体概念上理解程序的性能。
  • 每秒请求数(Request Per Second – RPS):严格来说,RPS和单纯的响应能力是不同的,但是你可以把它理解为响应能力。通过这个指标,你能够了解到用户需要多长时间才能得到请求的结果。
  • RPS的标准差:如果可能的话,还有必要包括事件的RPS。一旦出现了偏差,你应该检查GC或者网络系统。

为了得到更准确的性能表现,你应该等到程序彻底启动完成后再进行测量,因为字节码随后会被HotSpot JIT编译为本地机器码。总体来说,需要在程序加载完指定功能后,用nGrinder等工具测试至少10分钟。

切实地调优

如果nGrinder测试的结果满足了预期,那么你不需要对程序进行性能调优。如果没有达到预期结果,你就应该执行调优来解决问题。接下来会通过实例讲解方法。

stop-the-world耗时过长

stop-the-world耗时过长可能是由于GC参数不合理或者代码实现不正确。你可以通过分析工具或堆内存转储文件(Heap dump)来定位问题,比如检查堆内存中对象的类型和数量。如果在其中找到了很多不必要的对象,那么最好去改进代码。如果没有发现创建对象的过程中有特别的问题,那么最好单纯地修改GC参数。

为了适当地调整GC参数,你需要获取一段足够长时间的GC日志,还必须知道哪些情况会导致长时间的stop-the-world。想了解更多关于如何选择合适的GC参数,可以阅读我同事的一篇博文:How to Monitor Java Garbage Collection。

CPU使用率过低

当系统发生阻塞,吞吐量和CPU使用率都会降低。这可能是由于网络系统或者并发的问题。为了解决这个问题,你可以分析线程转储信息(Thread dump)或者使用分析工具。阅读这篇文章可以获得更多关于线程转储分析的知识:How to Analyze Java Thread Dumps。

你可以使用商业的分析工具对线程锁进行精确的分析,不过大部分时候,只需使用JVisualVM中的CPU分析器,就能获得足够的信息。

CPU使用率过高

如果吞吐量很低但是CPU使用率却很高,很可能是低效率代码导致的。这种情况下,你应该使用分析工具定位代码中性能的瓶颈。可使用的工具有:JVisualVM、Eclipse TPTP或者JProbe

调优方法

建议你使用如下方法对程序进行调优。

首先,检查性能调优是否必要。测量性能不是一件简单的工作,你也不能保证每次都获得满意的结果。因此如果程序已经满足预期性能需求,不必在调优上增加额外的投入了。

问题只出在一个地方,你要做的就是去解决掉它。二八定律(Pareto principle)对性能调优同样适用。这不是说某个模块的低性能一定只源于一个问题,而是强调我们应该在调优时把注意力放在影响最大的那个问题上。在处理好了最重要的之后,你才应该去解决剩下其他的。也就是建议一次只对一个问题进行修复。

另外需要考虑到气球效应(Balloon effect),有得必有失。你可以通过使用缓存来提高响应能力,但是当缓存逐渐增大,执行一次Full GC的时间也会更长。一般而言,如果你希望内存使用率比较低,那么吞吐量和响应能力可能都会恶化。因此,要知道什么对自己程序来说最重要的,而哪些又是次要的。

到此为止,你应该已经了解了如何对Java程序进行性能调优。为了介绍性能测定的具体过程,我不得不省略其中一些细节,不过我认为这些也足够应对大多数Java Web服务端程序了。


原标题:成为Java GC专家(5)—Java性能调优原则

关键词:JAVA

*特别声明:以上内容来自于网络收集,著作权属原作者所有,如有侵权,请联系我们: admin#shaoqun.com (#换成@)。