JVM 底层与调优

一、垃圾回收机制（GC）
- [1. 什么是垃圾？](#1. 什么是垃圾？)
- [2. 怎么找垃圾？](#2. 怎么找垃圾？)
- [3. 3 种回收算法](#3. 3 种回收算法)
- [4. 主流垃圾收集器](#4. 主流垃圾收集器)
- [5. 选型](#5. 选型)
[二、JVM 参数调优](#二、JVM 参数调优)
- [1. 标准前缀 `-`](#1. 标准前缀 -)
- [2. 非标准基础前缀 `-X`（调优内存必用）](#2. 非标准基础前缀 -X（调优内存必用）)
- [3. 高级非标准前缀 `-XX`（调优核心）](#3. 高级非标准前缀 -XX（调优核心）)
- [4. 系统属性前缀 `-D`](#4. 系统属性前缀 -D)
- [5. 终极记忆口诀](#5. 终极记忆口诀)
- [6. 关键执行规则](#6. 关键执行规则)
- [7. 最常用基础参数](#7. 最常用基础参数)
- [8. 生产通用最佳配置](#8. 生产通用最佳配置)
三、线上问题排查（OOM、频繁GC、CPU飙高、死锁）
- [1. OOM 排查（最常见）](#1. OOM 排查（最常见）)
- [2. 频繁 GC / 卡顿排查](#2. 频繁 GC / 卡顿排查)
- [3. CPU 飙高排查](#3. CPU 飙高排查)
- [4. 死锁排查](#4. 死锁排查)
[四、内存泄漏完整排查 & 解决手册](#四、内存泄漏完整排查 & 解决手册)
- 1、先判断：是不是内存泄漏？
- 2、标准排查步骤（线上直接照做）
- - [1）. 第一步：先抓堆快照（必须）](#1）. 第一步：先抓堆快照（必须）)
  - [2）. 第二步：用 MAT 打开快照（最关键）](#2）. 第二步：用 MAT 打开快照（最关键）)
  - [3）. 第三步：定位泄漏根因（90% 都是这几类）](#3）. 第三步：定位泄漏根因（90% 都是这几类）)
- [3、MAT 怎么看？](#3、MAT 怎么看？)
- 4、通用解决套路（万能）
- 5、最简单判断代码是否泄漏的方法
五、必备工具
- [1. 命令行工具（JDK自带）](#1. 命令行工具（JDK自带）)
- [2. 可视化/高级工具](#2. 可视化/高级工具)

一、垃圾回收机制（GC）

1. 什么是垃圾？

没有任何引用指向的对象。

2. 怎么找垃圾？

引用计数：简单但无法解决循环引用
可达性分析 （JVM 默认）
从 GC Roots（栈变量、类静态变量、本地方法引用）往下找，找不到就是垃圾。

3. 3 种回收算法

标记-清除：简单、碎片多
标记-复制：适合存活少的场景（新生代）
标记-整理：适合存活多的场景（老年代）

4. 主流垃圾收集器

① G1（JDK9+ 默认）

面向低延迟 + 大堆
把堆分成很多 Region
可指定停顿时间：-XX:MaxGCPauseMillis=200
适用：8G 以下堆，通用场景

② ZGC（JDK11+ 生产级）

亚毫秒级停顿（<10ms）
不分代，基于 Region 颜色指针
适用：大内存（32G+）、低延迟要求（金融、支付）

③ Shenandoah

和 ZGC 对标，开源社区主流
超低停顿，跨平台兼容好

5. 选型

普通服务：G1
低延迟金融/电商核心：ZGC

二、JVM 参数调优

在 JVM 调优和 Java 程序启动中，所有参数只有 4 个核心前缀，分为两大类：

JVM 虚拟机参数 （控制 JVM 自身运行、内存、GC）：-、-X、-XX
Java 系统属性参数 （给 Java 程序传参，和 JVM 调优无关）：-D

前缀符号	官方定义	核心含义	主要用途	JDK 版本兼容程度	最常用示例	关键备注
`-`	标准参数	通用基础命令	基础启动、查信息、指定运行方式	🌟🌟🌟🌟🌟（100%稳定）	`-version`（查版本） `-jar`（启动jar） `-cp`（指定类路径）	所有JVM都兼容，不用于调优，纯基础命令
`-X`	非标准参数	扩展基础参数	JVM 核心内存配置（调优基础）	🌟🌟🌟🌟（极稳定）	`-Xms`（初始堆） `-Xmx`（最大堆） `-Xss`（线程栈大小）	调优必用！所有商用JVM都支持，几乎不废弃
`-XX`	高级非标准参数	底层调优参数	GC算法、性能调优、底层开关（调优核心）	🌟🌟🌟（版本兼容）	`-XX:+UseG1GC`（开启G1） `-XX:MaxGCPauseMillis=200`	专业调优90%用它，必须大写XX，HotSpot专属
`-D`	系统属性参数	程序自定义参数	给Java应用传配置（Spring/环境变量）	🌟🌟🌟🌟🌟（100%稳定）	`-Dspring.profiles.active=prod` `-Dfile.encoding=utf-8`	不是JVM调优参数！是给程序用的，启动位置和JVM参数一致

1. 标准前缀 `-`

最基础、最通用，所有 Java 虚拟机都必须支持
用途：只是告诉 JVM 「怎么运行」，不调优内存、GC

例子：

bash 复制代码

java -version   # 查看JDK版本
java -jar app.jar  # 启动jar包

2. 非标准基础前缀 `-X`（调优内存必用）

JVM 官方扩展参数，专门用来配置内存大小
是 JVM 调优的入门必备，所有生产环境都会用
固定用法：直接跟数值/单位
核心记忆：-X 管内存

最常用 4 个：

bash 复制代码

-Xms1g    # 初始堆内存 1G
-Xmx1g    # 最大堆内存 1G（生产建议和Xms一致）
-Xss512k  # 单个线程栈大小 512k
-Xmn512m  # 年轻代内存 512m

3. 高级非标准前缀 `-XX`（调优核心）

JVM 底层专业调优参数，控制垃圾回收、性能、日志
只有 HotSpot 虚拟机（Oracle JDK/OpenJDK）支持
两种固定写法（大小写严格区分 ）：
1. 开关型 （开启/关闭功能）：-XX:+参数 / -XX:-参数
2. 赋值型 （设置数值）：-XX:参数=值
核心记忆：-XX 管GC和高级性能

常用例子：

bash 复制代码

-XX:+UseG1GC              # 开启G1垃圾回收器（生产主流）
-XX:MaxGCPauseMillis=200  # GC最大停顿时间200ms
-XX:MetaspaceSize=256m    # 元空间初始大小

4. 系统属性前缀 `-D`

和 JVM 调优毫无关系！
作用：给 Java 程序传递自定义配置（比如 Spring 环境、编码格式）

例子：

bash 复制代码

-Dspring.profiles.active=prod  # 指定Spring生产环境
-Duser.timezone=GMT+8          # 设置时区

5. 终极记忆口诀

- 基础命令（查版本、启动jar）
-X 管内存（堆、栈、年轻代）
-XX 管调优（GC、性能、底层）
-D 管程序（传配置、环境变量）

6. 关键执行规则

所有 4 类前缀的参数，都必须写在：
java [所有参数] -jar app.jar

（参数放在 java 和 -jar 中间，放在后面无效）

7. 最常用基础参数

复制代码

-Xms2g    初始堆内存
-Xmx2g    最大堆内存（生产必须 = Xms，避免扩容停顿）
-Xss1m    线程栈大小
-XX:MetaspaceSize=256m
-XX:MaxMetaspaceSize=256m

# G1 配置
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200  期望最大停顿毫秒

8. 生产通用最佳配置

复制代码

-Xms4g -Xmx4g -Xss1m
-XX:MetaspaceSize=256m -XX:MaxMetaspaceSize=256m
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:/logs/gc.log

三、线上问题排查（OOM、频繁GC、CPU飙高、死锁）

1. OOM 排查（最常见）

现象：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

步骤：

加参数让 OOM 时自动导出堆快照

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=/logs/dump.hprof
用 MAT/JProfiler 打开快照
看：谁占用最大、谁无法回收（内存泄漏）

典型泄漏场景：

static Map 一直放对象不清理
线程池无界队列
连接未关闭（数据库/HTTP）

2. 频繁 GC / 卡顿排查

现象：服务卡顿、GC 时间超长、YGC 每秒多次

命令

bash 复制代码

jstat -gc 进程ID 1000  # 每秒打印GC情况

看 2 个指标

YGC 次数过高：Eden 太小
FGC 频繁：老年代满、内存泄漏

解决

加大堆
检查内存泄漏
换 G1/ZGC

3. CPU 飙高排查

步骤

top 找到 CPU 最高的 Java 进程
打印线程栈

bash 复制代码

jstack 进程ID > stack.log

找到耗 CPU 的线程 NID
定位代码：死循环、复杂计算、正则失控

4. 死锁排查

命令

bash 复制代码

jstack 进程ID

拉到最后，会直接显示：

复制代码

Found 1 deadlock.

直接告诉你哪两个线程、锁互相等待。

解决：统一锁的获取顺序、加超时、用线程池。

四、内存泄漏完整排查 & 解决手册

1、先判断：是不是内存泄漏？

满足下面 3 条，基本就是泄漏：

运行时间越长，内存占用只升不降
Full GC 越来越频繁，但老年代回收不掉多少
最终 OOM

不是泄漏的情况：

一次查询 100w 数据直接 OOM
堆设置太小（Xmx 只有 256M）
一次性创建超大对象

2、标准排查步骤（线上直接照做）

1）. 第一步：先抓堆快照（必须）

在 Java 启动参数加上（生产必加）：

复制代码

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=/data/dump/

OOM 时自动导出 xxx.hprof 快照。

如果没加参数，想在线抓：

bash 复制代码

jps -l        # 找到进程 PID
jmap -dump:format=b,file=my.hprof <PID>

2）. 第二步：用 MAT 打开快照（最关键）

打开 MAT → 导入 hprof 文件

看 3 个地方：

Dominator Tree（支配树）

看谁占内存最大，谁是根引用。
Histogram（直方图）

看哪个类的对象数量爆炸式增长。
Path to GC Roots

右键对象 → 排除弱引用/软引用

看谁一直牵着这个对象不让 GC 回收

3）. 第三步：定位泄漏根因（90% 都是这几类）

① 静态集合（最常见）

java 复制代码

private static List<User> CACHE = new ArrayList<>();

只 add 不 remove，永远不回收。

MAT 表现：ArrayList/HashMap 对象超多，GC Root 是 static 修饰。

② ThreadLocal 没 remove

java 复制代码

ThreadLocal<Object> tl = new ThreadLocal<>();
tl.set(new Object());
// 用完不 remove

线程池线程复用 → 对象永远泄漏。

MAT 表现：ThreadLocalMap$Entry 数量巨大。

③ 未关闭的资源

Connection
InputStream
Socket
自定义的池化资源

MAT 表现：大量 IO 相关对象、连接对象无法回收。

④ 内部类持有外部类引用（匿名内部类）

java 复制代码

class A {
    void test() {
        new Thread(() -> { }).start();
    }
}

线程没结束 → A 对象无法回收。

⑤ 监听器/回调注册了没取消

java 复制代码

eventBus.register(this);
// 没 unregister

3、MAT 怎么看？

假设你看到：

com.xxx.User 对象有 100w 个
右键 → Path to GC Roots → exclude all phantom/weak/soft

结果指向：

复制代码

static com.xxx.service.UserService.cache

那就是：
UserService 里有个 static Map 一直存 User，不清理 → 内存泄漏

4、通用解决套路（万能）

静态容器一定要加过期/淘汰
- 使用 LinkedHashMap 做 LRU
- 或直接用 Caffeine/Guava Cache（带自动过期）
ThreadLocal 必须用完 remove

java 复制代码

try {
    tl.set(obj);
} finally {
    tl.remove();
}

流、连接必须关闭

java 复制代码

try (InputStream in = ...) {
}

监听器/回调必须成对注册/取消
线程池任务执行完必须释放大对象

不要让任务持有长生命周期引用。

5、最简单判断代码是否泄漏的方法

在代码里搜这几个关键词，基本一抓一个准：

static Map
static List
ThreadLocal
new Thread() 不用线程池
register 没有 unregister
没有 close() 的 IO/连接

五、必备工具

1. 命令行工具（JDK自带）

jps：看 Java 进程
jstack：查死锁、CPU 高、线程栈
jmap：导出堆快照
jstat：实时 GC 监控

2. 可视化/高级工具

MAT：分析堆泄漏（最强）
Arthas ：阿里开源，线上无重启排查
- 看方法执行耗时
- 看方法入参出参
- 热更代码
GCEasy：GC 日志在线分析

JVM 底层与调优

目录

一、垃圾回收机制（GC）

1. 什么是垃圾？

2. 怎么找垃圾？

3. 3 种回收算法

4. 主流垃圾收集器

5. 选型

二、JVM 参数调优

1. 标准前缀 -

2. 非标准基础前缀 -X（调优内存必用）

3. 高级非标准前缀 -XX（调优核心）

4. 系统属性前缀 -D

5. 终极记忆口诀

6. 关键执行规则

7. 最常用基础参数

8. 生产通用最佳配置

三、线上问题排查（OOM、频繁GC、CPU飙高、死锁）

1. OOM 排查（最常见）

2. 频繁 GC / 卡顿排查

3. CPU 飙高排查

4. 死锁排查

四、内存泄漏完整排查 & 解决手册

1、先判断：是不是内存泄漏？

2、标准排查步骤（线上直接照做）

1）. 第一步：先抓堆快照（必须）

2）. 第二步：用 MAT 打开快照（最关键）

3）. 第三步：定位泄漏根因（90% 都是这几类）

3、MAT 怎么看？

4、通用解决套路（万能）

5、最简单判断代码是否泄漏的方法

五、必备工具

1. 命令行工具（JDK自带）

2. 可视化/高级工具

1. 标准前缀 `-`

2. 非标准基础前缀 `-X`（调优内存必用）

3. 高级非标准前缀 `-XX`（调优核心）

4. 系统属性前缀 `-D`