JVM调优的"标准参数"的各种陷阱[转]

(截取部分)

1、-XX:+DisableExplicitGC 与 NIO的direct memory

很多人都见过JVM调优建议里使用这个参数，对吧？但是为什么要用它，什么时候应该用而什么时候用了会掉坑里呢？

首先要了解的是这个参数的作用。在Oracle/Sun JDK这个具体实现上，System.gc()的默认效果是引发一次stop-the-world的full GC，对整个GC堆做收集。有几个参数可以改变默认行为，之前发过一帖简单描述过，这里就不重复了。关键点是，用了-XX:+DisableExplicitGC参数后，System.gc()的调用就会变成一个空调用，完全不会触发任何GC（但是“函数调用”本身的开销还是存在的哦～）。

为啥要用这个参数呢？最主要的原因是为了防止某些手贱的同学在代码里到处写System.gc()的调用而干扰了程序的正常运行吧。有些应用程序 本来可能正常跑一天也不会出一次full GC，但就是因为有人在代码里调用了System.gc()而不得不间歇性被暂停。也有些时候这些调用是在某些库或框架里写的，改不了它们的代码但又不想 被这些调用干扰也会用这参数。

OK。看起来这参数应该总是开着嘛。有啥坑呢？

其中一种情况是下述三个条件同时满足时会发生的：
1、应用本身在GC堆内的对象行为良好，正常情况下很久都不发生full GC；
2、应用大量使用了NIO的direct memory，经常、反复的申请DirectByteBuffer
3、使用了-XX:+DisableExplicitGC
能观察到的现象是：

import java.nio.*;  
  
public class DisableExplicitGCDemo {  
  public static void main(String[] args) {  
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {  
      ByteBuffer.allocateDirect(128);  
    }  
    System.out.println("Done");  
  }  
}  

然后编译、运行之：

/** 
 * General-purpose phantom-reference-based cleaners. 
 * 
 * <p> Cleaners are a lightweight and more robust alternative to finalization. 
 * They are lightweight because they are not created by the VM and thus do not 
 * require a JNI upcall to be created, and because their cleanup code is 
 * invoked directly by the reference-handler thread rather than by the 
 * finalizer thread.  They are more robust because they use phantom references, 
 * the weakest type of reference object, thereby avoiding the nasty ordering 
 * problems inherent to finalization. 
 * 
 * <p> A cleaner tracks a referent object and encapsulates a thunk of arbitrary 
 * cleanup code.  Some time after the GC detects that a cleaner's referent has 
 * become phantom-reachable, the reference-handler thread will run the cleaner. 
 * Cleaners may also be invoked directly; they are thread safe and ensure that 
 * they run their thunks at most once. 
 * 
 * <p> Cleaners are not a replacement for finalization.  They should be used 
 * only when the cleanup code is extremely simple and straightforward. 
 * Nontrivial cleaners are inadvisable since they risk blocking the 
 * reference-handler thread and delaying further cleanup and finalization. 
 * 
 * 
 * @author Mark Reinhold 
 * @version %I%, %E% 
 */  

重点是这两句："A cleaner tracks a referent object and encapsulates a thunk of arbitrary cleanup code.  Some time after the GC detects that a cleaner's referent has become phantom-reachable, the reference-handler thread will run the cleaner."
Oracle/Sun JDK 6中的HotSpot VM只会在old gen GC（full GC/major GC或者concurrent GC都算）的时候才会对old gen中的对象做reference processing，而在young GC/minor GC时只会对young gen里的对象做reference processing。
（死在young gen中的DirectByteBuffer对象会在young GC时被处理的例子，请参考这里：https://gist.github.com/1614952）
也就是说，做full GC的话会对old gen做reference processing，进而能触发Cleaner对已死的DirectByteBuffer对象做清理工作。而如果很长一段时间里没做过GC或者只做了 young GC的话则不会在old gen触发Cleaner的工作，那么就可能让本来已经死了的、但已经晋升到old gen的DirectByteBuffer关联的native memory得不到及时释放。

3、为DirectByteBuffer分配空间过程中会显式调用System.gc()，以期通过full GC来强迫已经无用的DirectByteBuffer对象释放掉它们关联的native memory：

// These methods should be called whenever direct memory is allocated or  
// freed.  They allow the user to control the amount of direct memory  
// which a process may access.  All sizes are specified in bytes.  
static void reserveMemory(long size) {  
  
    synchronized (Bits.class) {  
        if (!memoryLimitSet && VM.isBooted()) {  
            maxMemory = VM.maxDirectMemory();  
            memoryLimitSet = true;  
        }  
        if (size <= maxMemory - reservedMemory) {  
            reservedMemory += size;  
            return;  
        }  
    }  
  
    System.gc();  
    try {  
        Thread.sleep(100);  
    } catch (InterruptedException x) {  
        // Restore interrupt status  
        Thread.currentThread().interrupt();  
    }  
    synchronized (Bits.class) {  
        if (reservedMemory + size > maxMemory)  
            throw new OutOfMemoryError("Direct buffer memory");  
        reservedMemory += size;  
    }  
  
}  

这几个实现特征使得Oracle/Sun JDK 6依赖于System.gc()触发GC来保证DirectByteMemory的清理工作能及时完成。如果打开了 -XX:+DisableExplicitGC，清理工作就可能得不到及时完成，于是就有机会见到direct memory的OOM，也就是上面的例子演示的情况。我们这边在实际生产环境中确实遇到过这样的问题。

教训是：如果你在使用Oracle/Sun JDK 6，应用里有任何地方用了direct memory，那么使用-XX:+DisableExplicitGC要小心。如果用了该参数而且遇到direct memory的OOM，可以尝试去掉该参数看是否能避开这种OOM。如果担心System.gc()调用造成full GC频繁，可以尝试下面提到 -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent 参数

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2、-XX:+DisableExplicitGC 与 Remote Method Invocation (RMI) 与 -Dsun.rmi.dgc.{server|client}.gcInterval=

看了上一个例子有没有觉得-XX:+DisableExplicitGC参数用起来很危险？那干脆完全不要用这个参数吧。又有什么坑呢？

前段时间有个应用的开发来抱怨，说某次升级JDK之前那应用的GC状况都很好，很长时间都不会发生full GC，但升级后发现每一小时左右就会发生一次。经过对比发现，升级的同时也吧启动参数改了，把原本有的-XX:+DisableExplicitGC给去掉了。

观察到的日志有明显特征。一位同事表示：

线上机器出现一个场景；每隔1小时出现一次Full GC,用btrace看了一下调用地：
who call system.gc :
sun.misc.GC$Daemon.run(GC.java:92)

预发机没什么流量，也会每一小时一次Full GC
频率正好是一小时一次

// A user-settable upper limit on the maximum amount of allocatable direct  
// buffer memory.  This value may be changed during VM initialization if  
// "java" is launched with "-XX:MaxDirectMemorySize=<size>".  
//  
// The initial value of this field is arbitrary; during JRE initialization  
// it will be reset to the value specified on the command line, if any,  
// otherwise to Runtime.getRuntime().maxMemory().  
//  
private static long directMemory = 64 * 1024 * 1024;  
  
// If this method is invoked during VM initialization, it initializes the  
// maximum amount of allocatable direct buffer memory (in bytes) from the  
// system property sun.nio.MaxDirectMemorySize.  The system property will  
// be removed when it is accessed.  
//  
// If this method is invoked after the VM is booted, it returns the  
// maximum amount of allocatable direct buffer memory.  
//  
public static long maxDirectMemory() {  
    if (booted)  
        return directMemory;  
  
    Properties p = System.getProperties();  
    String s = (String)p.remove("sun.nio.MaxDirectMemorySize");  
    System.setProperties(p);  
  
    if (s != null) {  
        if (s.equals("-1")) {  
            // -XX:MaxDirectMemorySize not given, take default  
            directMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();  
        } else {  
            long l = Long.parseLong(s);  
            if (l > -1)  
                directMemory = l;  
        }  
    }  
  
    return directMemory;  
}  

（代码里原本的注释有个写错的地方，上面有修正）
当MaxDirectMemorySize参数没被显式设置时它的值就是-1，在Java类库初始化时maxDirectMemory()被java.lang.System的静态构造器调用，走的路径就是这条：

if (s.equals("-1")) {  
    // -XX:MaxDirectMemorySize not given, take default  
    directMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();  
}  

而Runtime.maxMemory()在HotSpot VM里的实现是：

public class Foo {  
  private int value;  
    
  public int getValue() {  
    return this.value;  
  }  
}  

关键点是：
1、必须是成员方法；静态方法不行
2、返回值类型必须是引用类型或者int，其它都不算
3、方法体的代码必须满足aload_0; getfield #index; areturn或ireturn这样的模式。
留意：方法名是什么都没关系，是不是get、is、has开头都不重要。

那么这俩有啥问题？

取自JDK 6 update 27：

C++代码  

1. product(bool, UseFastEmptyMethods, true,                   \  
2.         "Use fast method entry code for empty methods")    \  
3.                                                            \  
4. product(bool, UseFastAccessorMethods, true,                \  
5.         "Use fast method entry code for accessor methods") \  

看到这俩参数的默认值都是true了么？也就是说，在Oracle/Sun JDK 6上设置这参数其实也是没意义的，跟默认一样，一直到最新的JDK 6 update 29都是如此。

不过在Oracle/Sun JDK 7里，情况有变化。
Bug ID: 6385687 UseFastEmptyMethods/UseFastAccessorMethods considered harmful
在上述bug对应的代码变更后，这俩参数的默认值改为了false。

本来想多写点这块的…算，还是长话短说。

Oracle JDK 7里的HotSpot VM已经开始有比较好的多层编译（tiered compilation）支持，可以预见在不久的将来该模式将成为HotSpot VM默认的执行模式。当前该模式尚未默认开启；可以通过 -XX:+TieredCompilation 来开启。

有趣的是，在使用多层编译模式时，如果UseFastAccessorMethods/UseFastEmptyMethods是开着的，有些多态方法调用点的性能反而会显著下降。所以，为了适应多层编译模式，JDK 7里这两个参数的默认值就被改为false了。
在邮件列表上有过相关讨论：review for 6385687: UseFastEmptyMethods/UseFastAccessorMethods considered harmful

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