【JVM】实战篇（一）

1. 实战篇内容介绍

实战篇从三方面利用Java虚拟机进行生产环境线上问题解决以及性能问题的优化。

2. 内存调优

2.1 内存溢出(OutOfMemory)和内存泄漏(memory leak)

• 内存泄露(memory leak) ：在Java中如果不再使用一个对象，但是该对象依然在GC ROOT的引用链上，这个对象就不会被垃圾回收器回收，这种情况就称之为内存泄漏。
• 内存泄漏绝大多数情况下都是由堆内存泄露引起的。
• 少量的内存泄露可以容忍，但是如果发生持续的内存泄露，不管有多大的内存都会被消耗完，最终导致内存溢出(OutOfMemory)。但是产生的内存溢出不只有内存泄漏这一个原因。

2.1.1 内存泄露的demo

• 内存泄露导致溢出的常见场景是大型的Java后端应用中，在处理用户请求后，没有及时将用户的数据删除。随着用户请求数量越来越多，内存泄漏的对象占满了堆内存最终导致内存溢出。
• 第二种常见的是分布式任务调用系统，比如Elastic-job、Quartz等进行任务调度时，被调度的Java应用在调度任务结束中出现了内存泄露，最终导致多次调度后内存溢出。这种重启之后也可以回复使用，但是过段时间之后还是会内存溢出。

3. 解决内存溢出

解决内存溢出的步骤总共分为四个步骤，其中前两个步骤最为核心：

3.1 top命令

• top命令是Linux下用来查看系统信息的一个命令，它提供给我们去实时的查看系统的资源，比如执行时的进程、线程和系统参数等信息。
• 进程使用的内存为RES(常驻内存) SHR(共享内存)

top - 17:45:57 up 59 days,  1:38,  3 users,  load average: 0.27, 0.33, 0.32
Tasks: 233 total,   1 running, 232 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  2.8 us,  0.8 sy,  0.0 ni, 96.4 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem : 32941696 total,   358424 free, 13474308 used, 19108964 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used. 17314436 avail Mem PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                               
10482 3000      20   0 7252020   1.2g  56004 S  10.3  4.0   7720:20 java                                                  
26588 root      20   0   13.9g   2.4g  22888 S   9.0  7.6   6400:26 java                                                  1625 root      20   0  461252 107768      4 S   3.0  0.3 211:20.90 scanner_clamav                                        
19239 1000      20   0   21.7g 604880  30152 S   2.0  1.8   2695:05 node                                                  2123 root      20   0 2071528  43008  16456 S   0.7  0.1 159:11.21 containerd                                            3361 polkitd   20   0 5042896 787592  22072 S   0.7  2.4 663:06.44 mysqld                                                
10055 root      20   0 7949416   1.6g  20368 S   0.7  5.1 496:05.35 java                                                  9 root      20   0       0      0      0 S   0.3  0.0  48:40.62 rcu_sched                                             1462 root      20   0 1464604  57188   7136 S   0.3  0.2 226:27.61 proxima                                               1543 root      20   0 1492708  31896   7480 S   0.3  0.1  98:09.50 collector                                             1602 root      20   0   28228   9504    696 S   0.3  0.0  81:59.17 driver                                                2662 root      20   0 3525588 126092  31328 S   0.3  0.4 200:42.35 dockerd                                               3362 root      20   0  138864  12812   5344 S   0.3  0.0 261:14.95 redis-server                                          5170 root      20   0 3254180   1.1g  17832 S   0.3  3.3 516:11.54 java                                                  
10151 3000      20   0 6827048 642972  18236 S   0.3  2.0 282:44.42 java                                                  
18566 1000      20   0 6623724   1.2g  17084 S   0.3  3.9 779:59.83 java                                                  
22487 root      20   0 1236448   9432   4556 S   0.3  0.0   3:58.98 containerd-shim                                       
31925 root      20   0    9.8g 386188  16092 S   0.3  1.2 306:14.33 java                                                  1 root      20   0  191304   4328   2648 S   0.0  0.0  42:32.37 systemd                                               2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.05 kthreadd                

字段	含义
17:45:57	当前系统时间
up 59 days, 1:38	系统已运行 59 天 1 小时 38 分钟（自上次重启以来）
3 users	当前登录的用户数（可以用 who 命令查看）
load average: 0.27, 0.33, 0.32	系统平均负载（1 分钟、5 分钟、15 分钟平均运行队列长度）

• “平均负载” 是 CPU 正在处理 + 等待处理的任务数。
• 如果平均负载 ≈ CPU 核心数，表示负载饱和。
  例如：4 核 CPU → 平均负载 > 4 说明 CPU 忙不过来了。

字段	含义
233 total	总共有 233 个任务（进程）
1 running	当前正在运行（占用 CPU）的进程数量
232 sleeping	休眠中的进程（等待事件，如 I/O、网络、锁等）
0 stopped	暂停的进程（被信号停止）
0 zombie	僵尸进程（父进程未回收的子进程）

---

%Cpu(s):  2.8 us,  0.8 sy,  0.0 ni, 96.4 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

字段	含义
us (user)	用户空间占用 CPU 百分比（普通应用程序）
sy (system)	内核空间占用 CPU 百分比（系统调用、驱动等）
ni (nice)	通过 nice 调整优先级的进程占用 CPU 百分比
id (idle)	CPU 空闲时间百分比
wa (wait)	等待 I/O（磁盘、网络等）所花费的时间百分比
hi (hardware irq)	硬中断占用 CPU 百分比
si (software irq)	软中断占用 CPU 百分比
st (steal)	被虚拟化环境（如云主机）“偷走”的 CPU 时间百分比（宿主机忙）

📘 解释：

• 这里 96.4% id 表示 CPU 基本空闲。
• 如果 wa 高 → I/O 瓶颈。
• 如果 sy 高 → 系统调用或内核开销大。
• 如果 st 高 → 云服务器 CPU 被宿主机抢占。

---

内存使用情况

KiB Mem : 32941696 total,   358424 free, 13474308 used, 19108964 buff/cache

字段	含义
total	物理内存总量（约 32GB）
free	完全未被使用的内存（仅 350MB 左右）
used	已被程序占用的内存
buff/cache	被缓存或缓冲区使用的内存（Linux 会尽量用空闲内存做缓存，加速文件访问）

---

交换分区（Swap）

KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used. 17314436 avail Mem

字段	含义
total/free/used	Swap 分区的总量、空闲、已使用情况
avail Mem	应用程序实际可用的内存（包含 cache 可回收部分）

📘 解释：

• 系统当前 没有启用 Swap（total=0），所以全靠物理内存；
• 若内存不足且无 Swap，会更容易触发 OutOfMemory。

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进程详细列表

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND

列名	含义
PID	进程 ID
USER	进程所属用户
PR	优先级（priority，数值越小优先级越高）
NI	nice 值（进程优先级修正值，负数优先级更高）
VIRT	进程使用的虚拟内存总量（包含共享库、缓存、Swap 映射等）
RES	实际占用的物理内存（Resident Set Size）
SHR	共享内存（与其他进程共享的部分）
S	进程状态：

• R = running（运行中）
• S = sleeping（休眠）
• T = stopped（停止）
• Z = zombie（僵尸）

| %CPU | 进程占用的 CPU 百分比 |
| %MEM | 进程占用的内存百分比（相对物理内存总量） |
| TIME+ | 进程累计占用 CPU 的总时间（用户+系统） |
| COMMAND | 启动该进程的命令名 |

举例

PID   USER PR  NI    VIRT    RES    SHR   S  %CPU   %MEM     TIME+     COMMAND    
10482 3000 20 0    7252020  1.2g   56004  S  10.3   4.0      7720:20     java

含义：

• PID = 10482
• 属于用户 3000
• 优先级 20
• 占用物理内存 1.2GB（占总内存 4%）
• 虚拟内存 7.25GB（包含 JVM 映射空间）
• 当前 CPU 占用 10.3%
• 运行累计 7720 分钟（约 5.3 天）

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对free -h命令详解

free -h 是 Linux 上查看内存（RAM）和交换区（swap）使用情况的简单命令，-h 表示以“人类可读”的单位显示（K/M/G 等）。它把内核追踪的几个关键内存指标列出来，帮助判断系统是否缺内存或只是被缓存占用。

[root@iv-ye20h65dz45i3z346rvs opt]# free -htotal        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            31G         12G        424M        1.7G         18G         16G
Swap:            0B          0B          0B

• total（总物理内存）：31G —— 系统检测到的物理内存总量 31 GB
• used（已用）：12G —— 这是按 free 定义的“正在被进程真正占用的内存量（不含 buffer/cache）”
  计算方式（近似、单位换算为 GB）：

used ≈ total - free - buff/cache= 31.000G - 0.424G - 18.000G= 12.576G ≈ 显示的 12G（有四舍五入）

• free（空闲）：424M —— 当前完全空着、没有用的物理内存；通常较小，因为 Linux 会把闲置内存用来做缓存。
• shared（共享）：1.7G —— 表示被多个进程共享使用的内存（例如 tmpfs、/dev/shm 或某些共享内存段、容器共享页等）。这个字段在不同内核/工具上的解释略有差别，但一般反映共享映射占用。
• buff/cache（缓存/缓冲）：18G —— 包括 page cache（页面缓存）和 kernel buffers 等，主要用于加速文件/磁盘 I/O。这部分内存是可回收的：当程序需要更多内存时，内核会回收这些缓存来分配给程序，因此它并不等同于“被浪费的内存”。
• available（可用）：16G —— 这是内核估算的“能被新进程或现有进程扩展而无需交换（swap）的内存量”。它比 free 更有参考价值，因为把可回收的缓存考虑进去了。注意这是内核的估算值，不是硬性保证，但比直接看 free 更能反映实际可用内存。
• 关于差异和四舍五入：
  free 输出是简化和四舍五入后显示的，所以 used + free + buff/cache 不一定精确等于 total（你看到的 12G + 0.424G + 18G ≈ 30.424G，和 31G 有小差异），这是显示精度造成的。
  • Swap 行：0B / 0B / 0B —— 没有配置 swap（既没有交换分区也没有交换文件）。没有 swap 时，一旦内存耗尽，系统会触发 OOM（Out-Of-Memory）杀手结束进程来回收内存；在许多服务器上通常建议至少配置适量 swap（依据需求而定）。

结论
系统有 31GB 物理内存：约 12GB 被进程实际占用，18GB 用作缓存/缓冲（可回收），free 显示只有 424MB 完全空闲，但内核估算 16GB 可立即分配给新进程而不需要 swap。Swap 没有配置（0B），如果担心在内存压力下触发 OOM，可以考虑配置适量 swap。总体来看，当前系统并不是“内存吃紧”的状态——因为大量缓存是可回收的。

3.2 VisualVM

下载地址： https://visualvm.github.io/download.html

• VisualVM是多功能合一的Java故障排除工具并且他是一款可视化工具，整合了命令行JDK工具和轻量级分析功能。
• 这款软件在JDK6~8中发版，在JDK9之后不存在了。
• 优点：功能封堵，实时监控CPU、内存、线程等详细信息。
• 支持IDEA插件，开发的过程中也可以使用。
• 缺点：对于大量集群化部署的Java进程需要手动进行管理。

启动一个Java项目

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附录

1. 课程地址