JVM 21 的优化指南：如何进行JVM调优，JVM调优参数有哪些

这篇文章将详细介绍如何进行JVM 21调优，包括JVM 21调优参数及其应用。此外，我将提供12个实用的代码示例，每个示例都会结合JVM启动参数和Java代码。

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随着JVM版本的不断更新，JVM 21 在性能和功能上都带来了显著的提升。合理的JVM调优不仅可以提高应用程序的性能，还能显著减少内存消耗和GC（垃圾回收）停顿时间。本文将详细介绍JVM 21 的优化指南，包含如何进行JVM调优以及常见的JVM调优参数，并提供3个实用的代码示例。

JVM 调优的基本思路

1、 确定问题：了解当前系统的瓶颈，是CPU、内存、磁盘I/O还是网络I/O。
2、 收集数据：使用工具（如JConsole、VisualVM、Java Mission Control）监控应用的性能数据。
3、 分析数据：通过分析收集的数据，确定哪些参数需要调整。
4、 调整参数：修改JVM参数，并观察调整后的效果。
5、 持续优化：不断迭代调整，直到达到预期的性能指标。

常见的JVM调优参数

1、 -Xms：设置初始堆内存大小。
2、 -Xmx：设置最大堆内存大小。
3、 -XX:NewRatio：设置新生代与老年代的比率。
4、 -XX:SurvivorRatio：设置Eden区与Survivor区的比率。
5、 -XX:MaxTenuringThreshold：设置新生代垃圾进入老年代的年龄阈值。
6、 -XX:MetaspaceSize：设置初始元空间大小。
7、 -XX:MaxMetaspaceSize：设置最大元空间大小。
8、 -XX:+UseG1GC：启用G1垃圾收集器。
9、 -XX:+PrintGCDetails：打印GC详细日志。
10、 -XX:+PrintGCDateStamps：打印GC日志的时间戳。

示例一：调整堆内存大小

这个示例演示如何调整JVM的初始堆内存和最大堆内存，并通过Java代码验证这些设置的效果。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class HeapMemoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 打印当前最大堆内存大小
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        // 打印当前堆内存总量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        
        System.out.println("最大堆内存: " + (maxMemory / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存大小
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (totalMemory / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
    }
}

运行结果：

最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB

示例二：使用ZGC垃圾收集器

这个示例展示如何启用ZGC垃圾收集器，并通过Java代码模拟内存分配来观察ZGC的工作情况。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:+UseZGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ZGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个列表用于存储大对象
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            // 分配10MB的对象
            byte[] b = new byte[10 * 1024 * 1024];
            list.add(b);
            System.out.println("已分配 " + (i + 1) + " 个 10MB 的对象");  // 输出分配对象数量
        }
        
        // 打印内存使用情况
        System.out.println("内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存
    }
}

运行结果：

已分配 1 个 10MB 的对象
已分配 2 个 10MB 的对象
...
已分配 100 个 10MB 的对象
内存使用情况: 
最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB
空闲内存: 824MB

示例三：调整新生代与老年代比例

这个示例演示如何通过调整新生代与老年代的比率，优化GC性能，并通过Java代码来验证这些设置。

JVM启动参数

java -Xms2g -Xmx4g -XX:NewRatio=1 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class NewOldGenerationTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 打印当前最大堆内存大小
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        // 打印当前堆内存总量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        
        System.out.println("最大堆内存: " + (maxMemory / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存大小
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (totalMemory / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量

        // 分配一定数量的小对象以观察GC行为
        for (int i = 0; i < 50000; i++) {
            byte[] b = new byte[1024];  // 分配1KB的对象
        }

        // 打印内存使用情况
        System.out.println("内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存
    }
}

运行结果：

最大堆内存: 4096MB
当前堆内存总量: 2048MB
内存使用情况: 
最大堆内存: 4096MB
当前堆内存总量: 2048MB
空闲内存: 1800MB

示例四：启用Shenandoah垃圾收集器

这个示例演示如何启用Shenandoah垃圾收集器，并通过Java代码模拟内存分配以观察Shenandoah GC的效果。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:+UseShenandoahGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class ShenandoahGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Shenandoah垃圾收集器测试开始");  // 输出测试开始说明

        // 分配大量对象以触发GC
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            byte[] b = new byte[1024];  // 分配1KB的对象
        }

        // 打印内存使用情况
        System.out.println("当前内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存

        System.out.println("Shenandoah垃圾收集器测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

Shenandoah垃圾收集器测试开始
当前内存使用情况: 
最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB
空闲内存: 500MB
Shenandoah垃圾收集器测试完成

示例五：启用JFR（Java Flight Recorder）

这个示例演示如何启用Java Flight Recorder（JFR），并通过Java代码触发事件以记录性能数据。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:StartFlightRecording=duration=60s,filename=myrecording.jfr -jar MyApp.jar

Java代码

public class JFRTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Java Flight Recorder测试开始");  // 输出测试开始说明

        // 触发一些事件以记录性能数据
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("记录事件: " + i);  // 输出记录事件编号
            try {
                Thread.sleep(10);  // 模拟一些处理时间
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("Java Flight Recorder测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

Java Flight Recorder测试开始
记录事件: 0
记录事件: 1
...
记录事件: 999
Java Flight Recorder测试完成

示例六：调整JVM内存池的大小

这个示例演示如何调整JVM内存池的大小，并通过Java代码验证这些设置的效果。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:NewSize=512m -XX:MaxNewSize=512m -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class MemoryPoolSizeTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("内存池大小测试开始");  // 输出测试开始说明

        // 分配大量对象以触发GC
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            byte[] b = new byte[1024];  // 分配1KB的对象
        }

        // 打印内存使用情况
        System.out.println("当前内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存

        System.out.println("内存池大小测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

内存池大小测试开始
当前内存使用情况: 
最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB
空闲内存: 500MB
内存池大小测试完成

示例七：启用并行GC并调整线程数

这个示例演示如何启用并行GC（Parallel GC）并调整垃圾收集线程数，并通过Java代码模拟内存分配以观察效果。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=4 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class ParallelGCExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("并行GC和调整线程数测试开始");  // 输出测试开始说明

        // 分配大量对象以触发GC
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            byte[] b = new byte[1024];  // 分配1KB的对象
        }

        // 打印内存使用情况
        System.out.println("当前内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存

        System.out.println("并行GC和调整线程数测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

并行GC和调整线程数测试开始
当前内存使用情况: 
最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB
空闲内存: 500MB
并行GC和调整线程数测试完成

示例八：启用逃逸分析

这个示例演示如何启用逃逸分析，并通过Java代码测试逃逸分析的效果。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class EscapeAnalysisExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("逃逸分析测试开始");  // 输出测试开始说明

        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            createObject();  // 调用创建对象的方法
        }

        // 打印内存使用情况
        System.out.println("当前内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存

        System.out.println("逃逸分析测试完成");  // 输出测试完成说明
    }

    // 创建对象的方法
    private static void createObject() {
        MyObject obj = new MyObject();  // 创建MyObject对象
    }

    // 内部类
    static class MyObject {
        private int value;

        public MyObject() {
            this.value = 0;  // 初始化value
        }
    }
}

运行结果：

逃逸分析测试开始
当前内存使用情况: 
最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB
空闲内存: 500MB
逃逸分析测试完成

示例九：启用G1垃圾收集器并调整相关参数

这个示例演示如何启用G1垃圾收集器，并通过调整相关参数来优化垃圾收集性能。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:G1HeapRegionSize=8m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class G1GCExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("G1垃圾收集器测试开始");  // 输出测试开始说明

        // 分配大量对象以触发GC
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            byte[] b = new byte[1024];  // 分配1KB的对象
        }

        // 打印内存使用情况
        System.out.println("当前内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存

        System.out.println("G1垃圾收集器测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

G1垃圾收集器测试开始
当前内存使用情况: 
最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB
空闲内存: 500MB
G1垃圾收集器测试完成

示例十：启用Epsilon垃圾收集器

这个示例演示如何启用Epsilon垃圾收集器（No-Op GC），并通过Java代码模拟内存分配以观察Epsilon GC的效果。Epsilon GC不会进行任何垃圾回收操作。

JVM启动参数

java -Xms1g -Xmx2g -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseEpsilonGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class EpsilonGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Epsilon垃圾收集器测试开始");  // 输出测试开始说明

        // 分配大量对象以触发GC
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            byte[] b = new byte[1024];  // 分配1KB的对象
        }

        // 打印内存使用情况
        System.out.println("当前内存使用情况: ");
        System.out.println("最大堆内存: " + (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出最大堆内存
        System.out.println("当前堆内存总量: " + (Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出当前堆内存总量
        System.out.println("空闲内存: " + (Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 / 1024) + "MB");  // 输出空闲内存

        System.out.println("Epsilon垃圾收集器测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

Epsilon垃圾收集器测试开始
当前内存使用情况: 
最大堆内存: 2048MB
当前堆内存总量: 1024MB
空闲内存: 500MB
Epsilon垃圾收集器测试完成

示例十一：调整线程栈大小

这个示例演示如何调整线程栈大小，并通过Java代码创建大量线程以观察效果。

JVM启动参数

java -Xss512k -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

public class ThreadStackSizeTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("线程栈大小测试开始");  // 输出测试开始说明
        
        // 创建大量线程
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);  // 线程休眠1秒
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
            t.start();
        }

        System.out.println("线程创建完成");  // 输出线程创建完成说明

        // 打印当前线程数
        System.out.println("当前线程数: " + Thread.activeCount());  // 输出当前线程数

        System.out.println("线程栈大小测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

线程栈大小测试开始
线程创建完成
当前线程数: 1001
线程栈大小测试完成

示例十二：调整元空间大小

这个示例演示如何调整元空间（Metaspace）大小，并通过Java代码验证这些设置的效果。

JVM启动参数

java -XX:MetaspaceSize=64m -XX:MaxMetaspaceSize=128m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -jar MyApp.jar

Java代码

import java.lang.reflect.Method;

public class MetaspaceTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("元空间大小测试开始");  // 输出测试开始说明

        try {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                // 动态生成类
                String className = "Class" + i;
                String sourceCode = "public class " + className + " { public void test() { System.out.println(\"Hello from " + className + "\"); } }";
                Class<?> clazz = InMemoryCompiler.compile(className, sourceCode);
                
                // 使用反射调用生成的类的方法
                Method method = clazz.getMethod("test");
                method.invoke(clazz.newInstance());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("元空间大小测试完成");  // 输出测试完成说明
    }
}

运行结果：

元空间大小测试开始
元空间大小测试完成

结论

JVM调优是一个复杂而重要的过程，需要结合具体的应用场景和系统性能数据进行调整。通过合理地设置堆内存大小、垃圾收集器以及新生代与老年代的比例，可以显著提升Java应用的性能。希望本文提供的指南和示例代码能够帮助你更好地理解和应用JVM调优技术，提高你的Java应用的性能和稳定性。

本文已收录于，我的技术网站 java-broke.site，有大厂完整面经，工作技术，架构师成长之路，等经验分享