记一次线上JVM优化

夜黑风高的周末夜晚，正躲在书房追剧刘老根4，突然手机开始震个不停，心想难道是我的比特币要炸了吗？慌忙拿起手机的那一刻突然想起来我好像买不起比特币(心凉半截)，原来是在公司群里被人艾特了，原来是S部门的某个Java服务出现了性能问题，找我这个Z部门的人帮忙看一下，描述是这样的：

白天的时候jvm涨的快，gc的几秒就完成了

到了晚上低峰期，jvm会涨的非常慢，但是一旦满了，就需要一两分钟时间进行gc，所以每隔一大段时间，会卡住一两分钟

一次GC需要一两分钟的时间，最快的时候也需要几秒钟，心里一紧，这是个大活啊，我们知道每一次GC都会引起STW，STW基本在毫秒级是正常的，他们最快也到了秒级，那就是如果平均十秒钟进行一次GC，每次3秒钟，那么一分钟就要消耗18秒的时间用于GC回收，服务时间只有可怜的43秒，秒算一下吞吐量就是42/60≈0.7，这个吞吐量简直太低了。既然说了GC的问题，那么我就只能先从GC日志入手了，对方突然告诉我没有gc日志，纳尼？没有GC日志那如何分析具体情况，通过GC日志排查问题的路子貌似走不通了，那就换一种思路，看一下JVM堆内存的分配情况，对方突然又告诉我堆大小设置了100G，哈哈…抓紧跑到厨房开了一罐冰镇雪花一饮而尽压一下任督二脉，然后让对方把JVM堆的详细信息以及启动时JVM配置发过来：

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 35123101696 (33496.0MB)
   used     = 16283632872 (15529.282447814941MB)
   free     = 18839468824 (17966.71755218506MB)
   46.36160272216068% used
From Space:
   capacity = 241172480 (230.0MB)
   used     = 241098984 (229.9299087524414MB)
   free     = 73496 (0.07009124755859375MB)
   99.96952554453974% used
To Space:
   capacity = 338165760 (322.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 338165760 (322.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 14133231616 (13478.5MB)
   used     = 11079132696 (10565.884300231934MB)
   free     = 3054098920 (2912.6156997680664MB)
   78.39065400624649% used

这个可以通过JVM的jmap -heap命令得到，详细操作就不做说明了，通过堆的信息，我做了几个假设：

1. Eden区较大，每次Minor GC时待标记的对象较多
2. Survivor区空间较小，Minor GC后无法容纳仍存活对象，导致对象过早的进入到老年代，致使老年代空间不足
3. 老年代空间不足，导致频繁发生FGC
4. 堆空间过大，每次FGC做标记时，待标记的对象较多

刚分析好，就又收到了JVM启动配置，如下：

-XX:CICompilerCount=15
-XX:InitialHeapSize=2147483648(2G)
-XX:MaxHeapSize=107374182400(100G)
-XX:MaxNewSize=35791044608(34G)
-XX:MinHeapDeltaBytes=524288(512k)
-XX:NewSize=715653120(682.5m)
-XX:OldSize=1431830528(1.333G)
-XX:+UseParallelGC
-XX:ParallelGCThreads=38
-Xmx100g

从启动配置上得出了Young和Old的比例是默认的1:2，以及Eden和Survivor的比例是默认的8:1:1，新生代使用的是Parallel Scoverage垃圾收集器，那么对应的老年代就是Parallel Old垃圾收集器(jdk1.8版本)，并发线程是38，服务器是322G40C的配置，这些参数都没什么问题，从上面堆的信息能够看到在新生代中，Eden和Survivor的比例并不是按照8:1:1来分配的，Eden区很明显高于Survivor区太多，这是因为在实际运行过程中JVM对整体堆内存分配做了自适应，它认为太多的对象在第一次Minor GC的时候就会被回收，所以就加大了Eden区的大小，但是这种配置就会出现了一个问题：当某一次Minor GC时候，Eden区仍有一半的对象存活，但此时整个Young区的空间都被Eden区霸占了，Survivor区已经申请不到更多的内存，这就会造成很多存活的对象直接进入到老年代中，迅速占领老年代的空间，然后发生FGC。

简单问了一下S部门的同学为什么将堆设置到100G，给我的回答是：一开始是设置的20G，但是经常有人反馈服务响应较慢，所以就调整到了50G，结果运行一段时间后还被反馈响应较慢，然后就调到了100G，正准备调成150G呢，结果被告知来找我们帮忙。我推测是不是在设置为20G的时候出现了OOM，所以才想的提升堆的内存，然后他们告诉我并没有发生OOM，这也就是说其实堆内存在20G的时候是够用的，性能之所以拉跨，是因为分代内存设置的不合理，导致出现了过多的FGC，而FGC之后，堆又释放了很多空间，于是我推断大多数对象的存活周期都比较短，是因为Survivor区较小导致他们进入到了老年代，然后在FGC的时候被回收掉。

这么分析下来，证明了我上面所做的假设全部正确，既然问题出在堆空间分配上，我就重新来做一次分配吧：把堆最大内存设置为30G，并且通过-Xmx和-Xms让堆在初始化时就向系统申请30G的空间，然后通过-Xmn指定新生代的大小为18G，并且调整Eden和Survivor区的比例为2:1:1，让对象在Minor GC阶段就被回收掉，垃圾收集器由并行的Parallel修改为新生代使用ParNew、老年代使用CMS，完整的配置如下：

-Xms30g
-Xmx30g
-Xmn18g
-XX:SurvivorRatio=2
-XX:+UseParNewGC
-XX:ParallelGCThreads=38
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=10
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:/root/gclogs/gc.log
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=/root/gclogs/gerrit_heap.dump

重启服务之后配置生效，使用jmap检查下堆内存是否有按照我们设置的进行分配：

完美，说明我们的设置已经生效了，那么接下来就是监控GC的情况了，在服务运行了12个小时之后，捞出GC日志，这里贴一下最近的几条GC日志

GC日志告诉我们从37295到46560这9265秒(2.5h)内，均未发生FGC，并且YGC的时间也很好的控制在了毫秒级，虽然还是有点高，但毕竟我们使用的堆内存较大，这个量级已经算是还不错了。算下来每次进入到老年代的对象在几十~几千kb，虽然也挺多，但堆内存较大，还在容忍范围内。

既然看了GC，那我们也就顺道看一下当前的堆内存使用情况：

在没有发生FGC的情况下，老年代使用了19.4215%的空间，新生代的Eden区使用了4.4556%的空间，Survivor区使用了3.724548%，看样子还挺不错的。