合理配置堆内存

在案例1中我们讲到了增加内存可以提高系统的性能而且效果显著，那么随之带来的一个问题就是，我们增加多少内存比较合适？如果内存过大，那么如果产生Full GC的时候，GC时间会相对比较长；如果内存较小，那么就会频繁的触发GC，在这种情况下，我们该如何合理的适配堆内存大小呢？

推荐配置

根据《Java Performance》里面的推荐公式来进行设置：

• Java整个堆大小设置，Xmx 和 Xms设置为老年代存活对象的3～4倍，即Full GC之后的老年代内存占用的3～4倍。

• 方法区（永久代，PermSize和MaxPermSize 或 元空间，MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize）设置为老年代存活对象的1.2～1.5倍。

  -XX:MetaspaceSize、-XX:MaxMetaspaceSize

  关于这几个参数，发现某些实际场景与文档并不一致，建议阅读一下JVM参数MetaspaceSize的误解 (opens new window)

• 年轻代 Xmn 的设置为老年代存活对象的1～1.5倍。

• 老年代的内存大小设置为老年代存活对象的2～3倍。

但是，上面的说法也不是绝对的，也就是说这只是一个参考值，根据多种调优之后得出的一个结论，大家可以根据这个值来设置一下我们的初始化内存，在保证程序正常运行的情况下，我们还要去查看GC的回收率、GC停顿耗时、内存里的实际数据来判断，Full GC是基本上不能有的，如果有就要做内存Dump分析，然后再去做一个合理的内存分配。

我们还要注意到一点就是，上面说的老年代存活对象怎么去判定？

计算老年代存活对象

• 查看日志（推荐）：JVM参数中添加GC日志，GC日志中会记录每次Full GC之后各代的内存大小，观察老年代GC之后的空间大小。可观察一段时间内（比如2天）的Full GC之后的内存情况，根据多次的Full GC之后的老年代的平均空间大小数据来预估Full GC之后老年代的存活对象大小。即根据多次FullGC之后的内存大小取平均值
• 强制触发Full GC（慎用）：强制触发Full GC，会造成线上服务停顿（STW），要谨慎！建议的操作方式为，在强制Full GC前先把服务节点摘除，Full GC之后再将服务挂回可用节点，对外提供服务，在不同时间段触发Full GC， 根据多次Full GC之后的老年代内存情况来预估Full GC之后的老年代存活对象大小。
  • jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin <pid> 将当前的存活对象dump到文件，此时会触发FullGC
  • jmap -histo:live <pid>打印每个class的实例数目，内存占用，类全名信息。.live子参数加上后，只统计活的对象数量. 此时会触发Full GC
  • 在性能测试环境，可以通过Java监控工具来触发Full GC，比如使用VisualVM和JConsole触发GC的按钮。

总结：查看日志的方式比较可行，但需要更改JVM参数，并分析日志。同时，在使用CMS回收器的时候，有可能不能触发Full GC，所以日志中并没有记录Full GC的日志。在分析的时候就比较难处理。 所以，有时候也是需要强制触发一次Full GC，来观察Full GC之后的老年代存活对象大小。

案例演示

通过IDEA启动SpringBoot工程，我们将内存初始化为1024M。我们这里就从1024M的内存开始分析我们的GC日志，根据我们上面的一些知识来进行一个合理的内存设置。

JVM设置如下：

-Xms1024M
-Xmx1024M
-XX:SurvivorRatio=8
-XX:MetaspaceSize=64m
-Xss512K
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=heap/heapdump3.hprof
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:log/gc-oom3.log

代码入口，主要是读取people表，该表只有一条数据：

/**
 * 性能优化案例3：合理配置堆内存
 */
@RequestMapping("/getData")
public List<People> getProduct(){
    List<People> peopleList = peopleSevice.getPeopleList();
    return peopleList;
}

项目启动，通过jmeter访问15000次（主要是看项目是否可以正常运行）之后，查看gc状态 ：

YGC平均耗时： 0.07s * 1000/8 = 8.75ms，FGC未产生，吞吐量为1269.7。

看起来似乎不错，YGC触发的频率不高，FGC也没有产生，但这样的内存设置是否还可以继续优化呢？是不是有一些空间是浪费的呢?

为了快速看数据，我们使用了强制触发Full GC的方式，通过命令jmap -histo:live <pid> 产生几次Full GC，Full GC之后，使用的jmap -heap <pid> 或GUI工具来看的当前的堆内存情况，观察老年代存活对象大小如下：

如果jamp -heap报错，尝试使用jhsdb jmap --heap --pid <pid>, 或参考彻底解决Jmap在mac版本无法使用的问题 (opens new window)

可以看到存活对象占用内存空间大概17.7M，老年代的内存占用为683M左右。 按照整个堆大小是老年代（Full GC）之后的3～4倍计算的话，设置堆内存情况如下：

Xmx= 18 * 3 = 54M  至  18 * 4 = 72M 之间 

我们修改堆内存状态如下：

-Xms70M
-Xmx70M

修改后，再次进行压测，查看一下GC状态 ：

调优之后，YGC平均耗时： 0.194s * 1000/111 = 17.47ms，FGC未产生，整体的GC耗时增加，吞吐量为1307.2。

虽然GC频率比之前的1024M时要多了不少，但是依然未产生Full GC，相对之前，节省了很大一块内存空间，吞吐量也没有很大影响，所以本次内存调整是比较合理的。依然手动触发Full GC，查看堆内存结构 ：

总结

在内存相对紧张的情况下，可以按照上述的方式来进行内存的调优， 找到一个在GC频率和GC耗时上都可接受的一个内存设置， 可以用较小的内存满足当前的服务需要。 但当内存相对宽裕的时候，可以相对给服务多增加一点内存，可以减少GC的频率 ，GC的耗时相应会增加一些。 一般要求低延时的可以考虑多设置一点内存， 对延时要求不高的，可以按照上述方式设置较小内存。

如果在垃圾回收日志中观察到OutOfMemoryError，尝试把Java堆的大小扩大到物理内存的80%~90%。我们在进行调优的时候尤其需要注意的是堆空间导致的OutOfMemoryError以及一定要增加空间。 通常有以下方法：

• 增加-Xms和-Xmx的值来解决老年代的OutOfMemoryError
• 增加-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来解决permanent代引起的OutOfMemoryError（JDK 7之前）；增加-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize来解决Metaspace引起的OutOfMemoryError（JDK 8之后）

记住一点Java堆能够使用的容量受限于硬件以及是否使用64位的JVM。在扩大了Java堆的大小之后，再检查垃圾回收日志，直到没有OutOfMemoryError为止。如果应用运行在稳定状态下没有OutOfMemoryError就可以进入下一步了，计算活动对象的大小。

你会估算GC频率吗？

正常情况我们应该根据我们的系统来进行一个内存的估算，这个我们可以在测试环境进行测试，最开始可以将内存设置的大一些，比如4G这样，当然这也可以根据业务系统估算来的。

比如从数据库获取一条数据占用128个字节，需要获取1000条数据，那么一次读取到内存的大小就是（128 B / 1024 Kb / 1024M）* 1000 = 0.122M ，那么我们程序可能需要并发读取，比如每秒读取100次，那么(Eden区)内存占用就是0.122*100 = 12.2M ，如果堆内存设置1个G，那么年轻代大小大约就是333M，那么(333M * 80%) / 12.2M = 21.84s ，也就是说我们的程序几乎每分钟进行两到三次YoungGC。这样可以让我们对系统有一个大致的估算。