JVM調優好用的內存分析工具
對于高并發訪問量的電商、物聯網、金融、社交等系統來說，JVM內存優化是非常有必要的，可以提高系統的吞吐量和性能。通常調優的首選方式是減少FGC次數或者FGC時間，以避免系統過多地暫停。FGC達到理想值后，比如一天或者兩天觸發一次FGC。FCT時間優化為100～300毫秒后，再減少YoungGC次數或者YoungGC時間，YoungGC仍然會消耗CPU資源，優化YoungGC調用次數和消耗的CPU資源，可以提高系統的吞吐量。
優化GC前，必須獲取GC的實際使用情況，最好的方式是通過CG Log收集垃圾回收日志，通過一些可視化工具查看垃圾回收分析數據，比如GCEasy。持續優化和對比優化前后的GC Log，能確認吞吐量和性能是否得到提升。
下面推薦幾個常用的內存分析命令和工具
jstat命令
JDK自帶的jstat命令用于查看虛擬機垃圾回收的情況，如下命令使用gcutil參數輸出堆內存使用情況統計：
此命令顯示進程為pid的內存使用匯總，1000毫秒輸出一次，總共輸出100行。-h 20表示每20行輸出一次表頭。-gcutil表示顯示JVM內存使用匯總統計：
列表顯示了虛擬機各個代的使用情況，描述了堆內存的使用占比和垃圾回收次數，以及占用時間，具體含義如下：
- S0，第一個幸存區使用比值。
- S1，第二個幸存區的使用率。
- E，伊甸園區的使用比值。
- O，老年代。
- M，方法區、元空間使用率。
- CCS，壓縮使用比值。
- YGC，年輕代垃圾回收次數。
- YGCT，年輕帶垃圾回收占用時間。
- FGC，全局垃圾回收次數，這對性能影響至關重要。
- FGCT，全局垃圾回收的消耗時間。
- GCT，總的垃圾回收時間。
可以看到S0、S1、E變化頻率高，說明程序在頻繁創建生命周期短的對象，FGC為0，表示還未做過全局垃圾回收。如果FGC變化頻率很高，則說明系統性能和吞吐量將下降，或者可能出現內存溢出。
其他查看匯總信息的常用選項如下：
- -gc，類似gcutil，gcutil以百分比形式顯示內存的使用情況，gc顯示的是內存占用的字節數，以KB的形式輸出堆內存的使用情況。
- -gccause，類似gcutil，額外輸出GC的原因。
jmap命令
jmap命令用于保存虛擬機內存鏡像到文件中，然后可以使用JVisualVM或者MAT工具進行進一步分析。命令如下：?
需要注意，實際系統會有2GB到8GB內存，此命令會導致虛擬機暫停工作1～3秒。還有一種是被動獲取方式，當虛擬機出現內存溢出的時候，會主動“dump”內存文件。添加虛擬機啟動參數：?
當虛擬機判斷達到內存溢出觸發條件的時候，會有如下輸出并保存鏡像文件：?
當獲得鏡像文件后，打開JvisualVM工具，選擇菜單“File”，點擊裝入，選擇我們保存過的dump文件，這時面板會打開內存鏡像文件。打開較大的內存鏡像文件需要較長的時間，需要耐心等候，其他工具，如MAT，或者商業的YourKit Java Profiler打開鏡像文件更快，分析功能更強大。
GCeasy
GCeasy是一個分析GC日志文件的在線網站，能根據上傳的GC日志，以圖表形式顯示GC回收過程和統計數據。下圖顯示的是GC性能的統計情況，如吞吐量顯示為99.935%，說明只有少量CPU資源用于垃圾回收。最長的GC時間是20毫秒，屬于正常范圍。在測試JVM參數調整是否能增加吞吐量，減小垃圾回收占用的CPU時，可以使用這個統計功能。
下圖統計了GC總的時間和回收的字節數，也顯示了Full GC的統計情況。
JMC
Java Mission Control簡稱JMC，是JDK自帶的工具，是一個高性能的對象監視、管理、產生時間分析和診斷的工具套件，筆者主要用來追蹤熱點代碼與熱點線程，是主要的內存優化調優工具。
類似JVisualVM，通過JMX連接進入JMC控制臺。
通過連接到遠程JVM進程后，可以執行飛行記錄（FlightRecord），選擇飛行記錄存放的路徑與執行時間即可，如下圖所示。需要注意的是，執行飛行記錄功能時會對當前JVM進程有一定的性能影響（大約為5%～10%），所以建議JMC連接隔離環境中的服務器并執行飛行記錄功能。
通過一段時間的記錄，飛行記錄可以反映線程的繁忙程度，以及CPU的熱點方法。
使用熱點方法可以直接找到最耗時的幾個方法，對熱點方法重點優化就可以使CPU的使用率下降一大截。
飛行記錄還可以反映內存增長的熱點方法，以及顯示單位時間內創建的最多對象的方法。下圖為找到的內存對象中創建的最多的char[]的方法，一個是Fastjson，另一個是Kryo。
小結：通過JMC的熱點方法的統計結果可以有針對性地進行優化，筆者通過對線上系統進行優化使得CPU使用率下降了40%、內存GC頻率下降了100%以上。
MAT
MAT是Memory Analyzer的簡稱，它是一款功能強大的Java堆內存分析器，可以分析具有數億個對象的內存鏡像，快速計算對象大小，自動找到嫌疑的泄漏對象并形成內存泄漏報告。MAT是基于Eclipse開發的，是一款免費的內存鏡像分析工具，是筆者發現內存泄漏原因的主要工具。
通過File-Open Heap Dump可以打開內存鏡像文件，顯示內容如下圖所示。
它提供了Leak Suspects 報告，輸出有可能發生內存泄漏的對象。
OQL
OQL語句類似SQL語句，可以在VisualVM、MAT等大多數內存鏡像分析工具中執行，完成對象查找任務。
對于程序員和架構師來說，Java系統的性能優化是一個超常規的挑戰。
這是因為Java語言和Java運行平臺，以及Java生態的復雜性決定了Java系統的性能優化不再是簡單的升級配置或者簡單的 "空間換時間”的技術實現，這涉及Java的各種知識點，如編寫高性能Java代碼，Java代碼的編譯優化，運行時刻的JIT優化，JVM的內存管理優化等，還包括如何使用高性能的第三方開源工具，以及微服務和分布式系統設計需要關注的性能事項。
