前言
在开发基于 Spring Boot 3 的应用时，为确保系统的性能与稳定性，对 JVM 进行优化起着至关重要的作用。本文将深入探究一些关键的 JVM 优化策略，并结合代码示例进行详尽阐述。
一、内存优化
合理设置堆内存
通过 -Xmx 和 -Xms 参数可以设置 Java 堆的最大容量和初始大小。对于多数 Spring Boot 3 应用而言，建议依据应用的负载情况以及可用资源来做出相应调整。
示例代码：
public class MemorySettingsExample {
public static void main(String[] args) {
// 获取运行时环境对象
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
// 获取并打印默认的最大堆内存大小（以字节为单位），然后转换为以兆字节（MB）为单位
long maxMemory = runtime.maxMemory();
System.out.println("默认最大堆内存: " + maxMemory / (1024 * 1024) + "MB");
// 获取并打印默认的初始堆内存大小（以字节为单位），然后转换为以兆字节（MB）为单位
long totalMemory = runtime.totalMemory();
System.out.println("默认初始堆内存: " + totalMemory / (1024 * 1024) + "MB");
}
}在上述代码中，我们首先利用 Runtime.getRuntime() 方法获取当前的运行时环境对象。接着，通过 runtime.maxMemory() 方法获取 Java 堆内存的最大值，而 runtime.totalMemory() 方法则用于获取堆内存的初始大小。最后，我们将这些值除以 1024 * 1024 以将字节单位转换为兆字节，并打印输出转换后的结果。这种方法使我们能够直观地了解 JVM 在默认情况下为应用分配的堆内存大小。
合理配置新生代与老年代的比例
可以通过 -XX:NewRatio 参数来调整新生代（Young Generation）与老年代（Old Generation）之间的比例。例如，将其设置为 4，即表示老年代与新生代的比例被设定为 4:1。
import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.MemoryPoolMXBean;
public class GenerationRatioExample {
public static void main(String[] args) {
// 获取内存池的管理对象
for (MemoryPoolMXBean bean : ManagementFactory.getMemoryPoolMXBeans()) {
// 检查是否为新生代的内存池
if (bean.getName().contains("Eden Space") || bean.getName().contains("Survivor Space")) {
// 打印默认的新生代与老年代比例
System.out.println("默认新生代与老年代比例: " + bean.getUsageThreshold());
}
}
}
}在这个示例中，我们利用 ManagementFactory.getMemoryPoolMXBeans() 方法来获取所有的内存池管理对象。随后，通过检查内存池的名称中是否包含“Eden Space”或“Survivor Space”来识别是否为新生代的内存池，并打印出其使用阈值。这样做可以间接地反映出新生代与老年代之间的比例关系。
二、垃圾回收器选择
G1 垃圾回收器
G1（Garbage-First）是一款专为服务器端应用设计的垃圾回收器，它具备卓越的停顿时间预测能力和高效的垃圾回收性能。
G1 将堆内存分割成多个大小相同的区域（Region），在进行垃圾回收时，它优先处理垃圾含量最高（即价值最低）的区域。这一机制使得 G1 能够在不引发长时间停顿的前提下，高效地清理堆内存。
-XX:+UseG1GCCMS 垃圾回收器
CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾回收器主要面向那些对响应时间有严格要求的应用场景。
CMS 通过采用并发标记与清除的策略，来最大限度地减少垃圾回收过程中所产生的停顿时间。它的工作流程涵盖初始标记、并发标记、重新标记以及并发清除这四个阶段。其中，初始标记和重新标记阶段会伴随着短暂的停顿，但并发标记和并发清除阶段则可以与应用线程并行执行。
-XX:+UseConcMarkSweepGC三、优化线程
调整线程栈大小
通过 -Xss 参数可以调整线程栈的大小。
public class ThreadStackSizeExample {
public static void main(String[] args) {
// 获取当前线程对象
Thread currentThread = Thread.currentThread();
// 获取并打印当前线程的栈跟踪信息
StackTraceElement[] stackTrace = currentThread.getStackTrace();
// 获取栈跟踪信息的第一个元素，即当前方法的信息
StackTraceElement firstElement = stackTrace
public class ThreadStackSizeExample {
public static void main(String[] args) {
// 获取当前线程对象
Thread currentThread = Thread.currentThread();
// 获取并打印当前线程的栈跟踪信息
StackTraceElement[] stackTrace = currentThread.getStackTrace();
// 获取栈跟踪信息的第一个元素，即当前方法的信息
StackTraceElement firstElement = stackTrace[0];
// 打印默认的线程栈大小
System.out.println("默认线程栈大小: " + firstElement.getLineNumber());
}
}JIT 编译优化
JIT（Just-In-Time）编译作为 Java 虚拟机的一项关键特性，极大地提升了程序的执行效率。
JIT 编译的核心理念在于程序运行时，将频繁执行的字节码转换成本地机器码，从而降低解释执行的成本，提升执行速度。
为了更好地平衡启动速度和运行性能，我们可以启用分层编译（Tiered Compilation）。分层编译将编译过程分为几个层次：
第 0 层负责解释执行字节码。
第 1 层则由简单的 C1 编译器负责，生成初步优化的代码。
第 2 层由复杂的 C2 编译器承担，进行更深层次的优化编译，产出高度优化的代码。
在程序启动阶段，主要依赖解释执行和第 1 层的简单编译，以缩短启动时间。随着程序的运行，热点代码会被识别并提升到第 2 层进行深度优化编译，从而提升程序的持续运行性能。
-XX:+TieredCompilation四、监控与调优
在实际监控过程中，需要着重关注以下几个关键方面：
内存监控：涵盖堆内存与非堆内存的使用状况。要密切观察堆内存中各个区域（如新生代、老年代）的分配与回收情况，以便及时发现内存泄漏或内存不足的问题。通过查看对象的存活状态、引用关系等信息，可以定位潜在的内存泄漏点。
线程监控：了解当前线程的数量、状态（如运行、阻塞、等待）以及线程的堆栈信息。过多的线程创建会消耗过多的系统资源，而线程的阻塞或死锁现象则会降低应用的响应速度。
GC 监控：要关注垃圾回收（GC）的频率、耗时以及各个阶段的时间分配情况。频繁的 GC 操作，尤其是 Full GC，会导致应用长时间的停顿，从而影响性能。
在获取到监控数据之后，接下来进行调优工作。调优的策略包括但不限于以下方面：
调整内存分配参数：根据应用的内存实际需求，合理设定堆内存的大小（例如使用 -Xmx 和 -Xms 参数）以及新生代与老年代的比例（如通过 -XX:NewRatio 和 -XX:SurvivorRatio 参数进行设置）。
优化 GC 策略：根据应用的具体特性选择合适的垃圾回收器（如前面所提及的 G1 或 CMS），并通过调整相关参数来进行优化，例如设定 GC 停顿时间的目标值、调整并发标记周期的触发条件等。
线程池优化：合理配置线程池的大小，以防止线程数量过多或过少所带来的资源浪费或任务积压问题。
数据库连接池优化：确保数据库连接池的大小设置得当，既能满足并发请求的需求，又不会导致资源的闲置浪费。
