Java JVM 优化指南：从 Java 8 到 Java 21

同事最近遇到一次OOM，导出内存镜像后发现很小，说明内存分配的少了，Docker容器分配了4G内存，内存占用这么少，很显然是没有基本的JVM配置导致的，本文针对 Java8 到 Java 21 给出一个基础的配置，首先保证能合理的使用内存。

本文针对4G内存进行配置，分配3/4的内存给JVM使用，留1/4给堆外内存以及操作系统使用。如果你分配了不同的内存大小，按照类似比例计算即可。

0. 为什么需要配置 JVM？

我们需要先了JVM运行时堆的默认值：

• 初始堆（Xms）大小为物理内存的 1/64
• 最大堆（Xmx）大小为物理内存的 1/4

当给容器分配4G内存时，默认最多使用1G，大部分内存都被浪费了，所以我们必须合理配置才能充分利用内存。

1. 针对4G Java 8环境推荐的JVM参数配置

对于在4G内存环境中运行的Java 8应用程序，以下是推荐的JVM参数配置：

-Xms3072m -Xmx3072m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:G1HeapRegionSize=8M -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/path/to/heapdump.hprof -XX:MaxRAMPercentage=75.0

2. 推荐JVM参数的介绍

让我们逐一解释这些参数：

• -Xms3072m -Xmx3072m: 设置初始堆大小和最大堆大小为3GB。这是4GB总内存的75%，为系统和本地内存留出足够空间。
• -XX:+UseG1GC: 使用G1垃圾收集器，它在大多数场景下都表现良好。
• -XX:MaxGCPauseMillis=200: 设置目标最大GC暂停时间为200毫秒，平衡吞吐量和延迟。
• -XX:G1HeapRegionSize=8M: 设置G1区域大小为8MB，适合大多数应用。
• -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45: 当堆使用率达到45%时开始并发GC周期，提供良好的缓冲。
• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError: 在发生OOM错误时自动生成堆转储，有助于问题诊断。
• -XX:HeapDumpPath=/path/to/heapdump.hprof: 指定堆转储文件的保存路径。
• -XX:MaxRAMPercentage=75.0: 限制JVM最多使用系统内存的75%。

这种配置旨在优化内存使用，提高GC效率，同时为诊断潜在问题提供支持。

注意 -XX:HeapDumpPath=/path/to/heapdump.hprof 参数需要修改路径。容器环境（含K8S）使用时可以考虑指定到挂载的存储路径，避免容器自动重启丢失。

3. 如何应用JVM参数

使用上面的JVM参数替代下文中的 [JVM参数] 部分。

物理机环境

在命令行中直接启动Java应用时使用：

java [JVM参数] -jar your-application.jar

Docker环境

在Dockerfile中设置：

FROM openjdk:8-jdk-alpine
VOLUME /tmp
COPY target/*.jar app.jar
ENV JAVA_OPTS="[JVM参数]"
ENTRYPOINT ["sh", "-c", "java $JAVA_OPTS -jar /app.jar"]

Docker Compose环境

在 docker-compose.yml 文件中设置：

version: '3'
services:
  myapp:
    image: myapp:latest
    environment:
      - JAVA_TOOL_OPTIONS=-Xms3072m -Xmx3072m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:G1HeapRegionSize=8M -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof -XX:MaxRAMPercentage=75.0
    volumes:
      - ./tmp:/tmp
    ports:
      - "8080:8080"

Kubernetes环境

在部署配置文件中设置：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:latest
        env:
        - name: JAVA_TOOL_OPTIONS
          value: "[JVM参数]"

4. 针对低版本Java 8的额外配置

对于Java 8u191之前的版本，需要添加以下参数来启用容器感知：

-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap

同时，将-XX:MaxRAMPercentage=75.0替换为-XX:MaxRAMFraction=1。

5. 针对Java 11的调整

Java 11默认启用了容器感知，因此可以移除容器相关的特殊参数。主要调整如下：

• 移除-XX:+UnlockExperimentalVMOptions和-XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap
• 保留-XX:MaxRAMPercentage=75.0
• 考虑添加-XX:+UseContainerSupport（虽然默认已启用）

6. 针对Java 17的调整

Java 17进一步改进了GC和性能。建议的调整包括：

• 考虑使用ZGC：-XX:+UseZGC
• 如果使用G1GC，可以尝试-XX:G1PeriodicGCInterval=0来禁用周期性GC
• 添加-XX:+UseStringDeduplication以减少内存使用

7. 针对Java 21的调整

Java 21引入了更多优化和新特性。建议的调整包括：

• 使用新的Generational ZGC：-XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational
• 启用预览特性：--enable-preview
• 考虑使用虚拟线程：-Djdk.virtualThreadScheduler.parallelism=<number of cores>
• 如果使用G1GC，可以尝试-XX:G1PeriodicGCSystemLoadThreshold=<threshold>来基于系统负载触发周期性GC

记住，这些是建议的起点。实际配置应该根据您的具体应用程序需求和性能测试结果进行微调。始终在生产环境使用前进行彻底的测试和评估。

欢迎大家提出自己的见解和经验，帮助更多的Java开发者优化他们的JVM配置。