Day5: JVM

上午（3小时）：JVM调优基础与工具学习

核心目标：掌握JVM调优的核心参数、工具使用（VisualVM、JConsole），理解堆大小、线程栈、直接内存的优化策略。

1. 学习内容与步骤

1. 精读《深入理解Java虚拟机》第4章（重点：4.2-4.4节）

   • 核心知识点：

     • 堆大小调优：

       • -Xmx（最大堆内存）、-Xms（初始堆内存）；

       • 新生代与老年代比例（-XX:NewRatio）。

     • 线程栈调优：

       • -Xss（线程栈大小），默认1MB，可适当降低以减少内存占用；

       • 线程数过多时，调整栈大小避免OutOfMemoryError: unable to create new native thread。

     • 直接内存调优：

       • -XX:MaxDirectMemorySize（限制直接内存大小）；

       • NIO堆外内存泄漏排查（如未释放ByteBuffer）。

   • 学习建议：

     • 整理JVM调优参数表（如下），标注各参数的作用与适用场景。

     参数	作用描述	示例值
     -Xmx	最大堆内存	-Xmx2g
     -Xms	初始堆内存	-Xms2g
     -Xss	线程栈大小	-Xss512k
     -XX:NewRatio	新生代与老年代比例	-XX:NewRatio=2
     -XX:MaxDirectMemorySize	最大直接内存大小	-XX:MaxDirectMemorySize=1g

2. VisualVM与JConsole工具学习

   • VisualVM：

     • 功能：监控JVM内存、线程、GC状态，生成堆内存快照；

     • 安装：VisualVM官网；

     • 使用：连接本地/远程Java进程，查看实时性能数据。

   • JConsole：

     • 功能：监控JVM内存、线程、类加载、MBean；

     • 使用：运行jconsole命令，选择目标进程。

3. Arthas调优辅助

   • 常用命令：

     • memory：查看JVM内存使用情况；

     • thread：分析线程状态与阻塞问题；

     • heapdump：导出堆内存快照供进一步分析。

2. 学习产出

• JVM调优参数表：整理核心参数及其作用（如上表）；

• 知识笔记：记录VisualVM与JConsole的使用技巧（如远程连接配置）。

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下午（3小时）：线上模拟服务调优实战

核心目标：通过模拟高并发服务，实践JVM调优策略，优化GC暂停时间与内存使用。

1. 实战步骤与代码示例

1. 编写模拟高并发服务

   • 代码示例：使用线程池处理请求，模拟内存分配与GC压力。

     import java.util.concurrent.ExecutorService;  
     import java.util.concurrent.Executors;  
     
     public class HighConcurrencyService {  
         public static void main(String[] args) {  
             ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(100);  
             while (true) {  
                 executor.submit(() -> {  
                     byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 每次分配1MB内存  
                     try {  
                         Thread.sleep(100); // 模拟业务处理时间  
                     } catch (InterruptedException e) {  
                         e.printStackTrace();  
                     }  
                 });  
             }  
         }  
     }  

2. 运行服务并监控性能

   • JVM参数：

     java -Xmx512m -Xms512m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 HighConcurrencyService  

   • 监控工具：

     • 使用VisualVM连接服务，观察内存、线程、GC状态；

     • 使用Arthas监控方法调用耗时（如trace命令）。

3. 调优策略实施

   • 优化堆大小：

     • 调整-Xmx与-Xms为1GB，观察GC频率与暂停时间变化；

     • 对比-XX:NewRatio=2与-XX:NewRatio=3的性能差异。

   • 优化GC算法：

     • 对比G1与CMS的性能（如GC暂停时间、吞吐量）；

     • 调整G1的-XX:MaxGCPauseMillis为100ms，观察效果。

   • 优化线程栈：

     • 调整-Xss为256KB，减少内存占用，观察线程创建数量上限。

4. 性能对比与报告生成

   • 测试结果：

     调优策略	GC暂停时间（ms）	吞吐量（请求/秒）	内存使用（MB）
     默认参数（G1, 512MB）	200	500	480
     调整堆大小（1GB）	150	600	900
     调整GC算法（CMS）	100	550	500
     调整线程栈（256KB）	200	500	400

2. 交付物要求

1. 调优报告：

   • 结构模板：

     ## 测试环境  
     - JDK版本：11.0.12  
     - 堆大小：512MB → 1GB  
     - GC算法：G1 → CMS  
     ## 测试结果  
     | 调优策略                | GC暂停时间（ms） | 吞吐量（请求/秒） | 内存使用（MB） |  
     |-------------------------|------------------|-------------------|----------------|  
     | 默认参数（G1, 512MB）   | 200              | 500               | 480            |  
     | 调整堆大小（1GB）       | 150              | 600               | 900            |  
     ## 优化建议  
     - 建议将堆大小调整为1GB，GC暂停时间降低25%；  
     - 建议使用CMS算法，进一步减少GC暂停时间。  

2. 性能监控截图：

   • 提交VisualVM监控视图（如内存使用趋势、GC日志）；

   • 提交Arthas命令输出（如memory、thread）。

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晚上（2小时）：总结与输出

1. 技术博客：

   • 标题：《Day5：JVM调优实战——从堆大小到GC算法的性能优化》

   • 内容框架：

     • JVM调优核心参数详解；

     • 模拟高并发服务的调优过程；

     • 性能对比与优化建议。

2. 提交GitHub与文档：

   • 创建仓库（如jvm-tuning-demo），提交以下内容：

     • HighConcurrencyService.java（模拟代码）；

     • 调优报告.md（详细调优过程与结果）；

     • 性能监控截图（VisualVM、Arthas输出）。

   • README.md：说明如何复现测试及调优步骤。

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资源使用建议

1. 书籍重点章节：

   • 《深入理解Java虚拟机》第4章（精读4.2-4.4节）；

   • 《Java性能权威指南》第6章（JVM调优实战）。

2. 工具与代码参考：

   • VisualVM官方文档：链接；

   • G1 GC调优指南：Oracle官方文档。

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明日预习（Day6）

• 核心内容：并发基础（synchronized、CAS、AQS）；

• 工具准备：准备多线程测试用例（如生产者-消费者模型）。

Day5完成标志：调优报告完整、性能监控数据清晰、博客发布。 若遇到问题：优先查阅《深入理解Java虚拟机》第4章，或在Stack Overflow搜索“JVM tuning example”。