第五十六章 Java虚拟机调优(JVM Tuning)

1 概述

我们在前面的几个章节中介绍了Java虚拟机是一个复杂的系统。随着版本的演变，Java虚拟机推出了不同的内存管理方法和垃圾回收方法。在不同的环境下，这些方法的效果和运行效率也不尽相同。那么，为了最大提升Java虚拟机的运行效率，我们在本章中介绍一些Java虚拟机调优方面相关的内容。

Java虚拟机调优过程是通过向Java虚拟机传递不同的参数，选择不同的方法或者策略，以达到Java虚拟机最优的运行效率。一般来说，Java虚拟机调优可以从以下几个方面考虑入手。

2 Java虚拟机调优方法

2.1 Java虚拟机版本选择

Java虚拟机版本选择涉及两个方面：虚拟机实现版本(Vendor)和Java版本(Version)。

1. 虚拟机实现版本(Vendor)的选择。OpenJDK是最为流行的，开源的Java虚拟机的一个实现版本。商用的Oracle JDK的绝大部分实现是基于OpenJDK的。因此，OpenJDK和Oracle JDK是目前最为流行的两个实现版本。然而，在云平台上，亚马逊(Amazon)推出了Corretto 11优化版本, 阿里巴巴也推出了Dragonwell 11优化版本等。所以，Java虚拟机的各个实现版本之间，在性能上是有区别的。开发人员需根据运行环境选择合适的实现版本。
2. Java版本(Version)的选择。一般来说，建议开发人员使用最新的Java版本。然而，在实际项目开发中，升级版本并不一定是一件容易的事情。有时需要考虑到平台的兼容性，第三方代码库的兼容性等问题。而且，新的Java版本可能采用了新的内存管理方法和垃圾回收算法。这些新的方法不一定能很好的适应当前的项目运行环境。因此，Java版本的选择也是一个非常重要的调优因素。

2.2 堆的大小的选择

堆大小的选择也是一个重要的Java虚拟机优化的指标。堆栈越大、Java虚拟机的性能就越好吗？这是一个复杂的问题，并不能简单的回答“是的”或者“不是”。堆大小的选择需要考虑两个问题：应用程序需要多少内存和运行环境能提供多少内存。

1. 应用程序需要多少内存？堆的大小应能满足应用程序的需求。如果堆的大小过大时，会降低垃圾回收过程运行的次数。因为，内存使用比率常常被用于判断是否需要运行垃圾回收过程。如果可被释放的对象累计过多的话，该应用程序使用的内存也会随之增加，因此，增加了整个运行环境的内存使用负担。
2. 运行环境提供多少内存？Java虚拟机是一个进程，它运行在操作系统之上。当Java虚拟机使用了过大的内存时，会增加触发操作系统的swapping操作的概率，即操作系统会将内存中的数据交换出内存，暂时存放在硬盘中。这样的swapping操作会极大的降低Java虚拟机的运行效率。因此，Java虚拟机的堆大小应不大于运行环境所能承受的内存大小。

2.3 垃圾回收算法的选择

在第三十八章中我们介绍了五种垃圾回收算法。在Java 9以后，G1垃圾回收算法被设置为默认使用的方法。在Java 8版本中，Parallel GC是默认的算法。而且，在不同的Java虚拟机实现版本中，也可能还存在其他的算法。G1算法的优势是它是增量释放对象的，每次只扫描和释放某一区域内的对象，所以，它每次运行时扫描和释放对象所需要的时间非常短。因此，垃圾回收算法也是一个重要的Java虚拟机优化选项。

3 Java虚拟机优化建议

因为运行环境的不同，Java虚拟机调优的方式和选择也不同。我们在下面罗列一些通常的建议，供开发人员参考。

1. 建议选择最新版本的Java虚拟机。
2. 建议堆的大小不超过运行环境物理内存的大小。
3. 建议预留一些物理内存给其他应用程序。
4. 建议将堆的最大大小(-Xms)和堆的初始大小(-Xmx)设置为相同大小，以获得最佳性能。
5. 在使用Java虚拟机参数之前，建议阅读相关的手册，并确定能够完全理解。
6. 建议观察垃圾回收器输出的日志，进一步优化垃圾回收过程。

4 总结

Java虚拟机是一个非常复杂的系统，Java开发人员有时会通过调整Java虚拟机运行参数来优化Java虚拟机运行的性能。本章介绍了Java虚拟机调优应考虑的三个重要方面，并给了开发人员实战项目中可采取的优化建议和策略。