一个JVM参数，服务超时率降了四分之三

先说结论：通过优化Xms，改为和Xmx一致，使系统的超时率降了四分之三

1. 背景

一个同事说他负责的服务在一次上线之后超时率增加了一倍

2. 分析

2.1 机器的监控

首先找了一台机器，看了监控

上线后最明显的变化就是CPU使用率变高了
2.2 上线改动点

上线只加了简单的判断条件，按理不应该导致CPU变高成这样
2.3 CPU使用率随时间变低

又发现了一个奇怪的现象是，在没有上线的情况下，CPU使用率突然降低了，然后就一直保持着很低的状态

CPU降低之后，超时率也有所降低，现在大概能理解超时是和CPU使用率有关的，可能存在CPU瓶颈
2.4 依赖的服务

既然在没有上线的情况下，CPU使用率会降低，肯定有什么因素影响，猜测可能是依赖的服务，但依赖的服务太多，也没办法一个一个去看，哪个调用有问题
2.5 CPU和上线的关系

于是还是想在CPU使用率上找找问题，因为是上线导致的CPU使用率变高，所以看了其他上线时间的CPU使用率
还是有点思路了，发现大部分上线之后CPU使用率是会变高，部分没有（后面知道，因为有的上线本身就是优化，所以CPU使用率也会变低）
2.6 CPU和内存的关系

之前一直在关心CPU，突然看见了内存的使用率，一下就明白的问题所在，从下面这张图可以看出，CPU使用率和内存使用率是成反比的

使用Java的都应该清楚，内存不够的时候，就会STW，然后去启动GC线程去GC，而且一般情况GC线程数和CPU核数是一致的，这个服务也是如此，此时CPU使用率必然是会变高的
上面3月6号CPU突然下降的原因也是因为内存使用变高了，这是在没有上线的情况下

2.7 内存和JVM参数

可以看到上面的图中，CPU使用率高的时候，内存占用只有20%左右，为什么空这这么多内存不用呢？看下JVM参数

1. -Xmx16g -Xms4g -Xss1024K -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=10 -XX:MetaspaceSize=512m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:ParallelGCThreads=8 -XX:ConcGCThreads=8 -XX:G1HeapRegionSize=16m -XX:-OmitStackTraceInFastThrow

复制代码

Xms配的是4G，也就是说JVM在启动时只会申请4G内存，当内存不足时，先会GC，当GC释放的内存还不够时，才会去申请更大的内存
这样的策略一般是为了节省内存，但目前主流的都是容器，节省下来的内存也不会给别的服务利用，所以我们这可以直接把Xms改为16G
改完之后立即得到了很好的效果，超时率降了四分之三，不过后续因为内存使用率变高，超过了阈值，所以又把Xmx和Xms调整为14G，这个问题可以参考我之前的文章一次Java服务内存过高的分析过程
3. 总结

• Xms配置过小，JVM启动时内存不足导致GC线程占用过多CPU
  
• CPU不足时，超时率增加，CPU充足时，超时率降低
  
• Xms配置和Xmx一样，超时率降低
  

4. Xms和Xmx

这两个参数使用Java的都比较了解
Xmx: JVM的最大堆内存
Xms: JVM的初始堆内存
4.2 不一致的坏处

• 堆内存不够时更频繁的触发GC
  
• 当GC完之后内存也不够时，向系统申请内存，会花费更多的时间
  

4.2 改为一致的好处

为了避免在生产环境由于heap内存扩大或缩小导致应用停顿，降低延迟，同时避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。所以，-Xmx和-Xms一般都是设置相等的
在生产环境中把Xms和Xmx设为相同值也是Oracle官方推荐
5. 感想

这个配置从机器上线跑了两年一直如此，大部分时间性能没被充分利用，现在有二十台机器都是以这样一种低性能模式跑了这么久，这绝对是一种浪费
在第三篇参考文章中，有个人的评论正好和我相反，他认为一开始将Xms和Xmx设置为一样，而实际没用那么多，其实也是一种浪费，不过这是18年前的文章，那时容器没有兴起，服务都在一个物理机上面共享内存，会是有这种问题的
在容器中，节省的内存别的服务也利用不了，所以Xms最后设置和Xmx一致，但是容器也是可能造成浪费的，比如上面我把Xmx和Xms从16G改为14G，从监控上来看耗时和超时率下降了一点，也就是把这个容器的内存往下调一点也是可以接受的，具体调到多少合适也不太确定
不过这种优化很没有必要，内存是很便宜的，而且适量冗余一些性能也可以理解
既然这么多好处，为什么Oracle不默认把Xms和Xmx设置为一致呢，我觉得可能是目前还是有大部分Java应用都不是容器环境，全局考虑，没有这样做，或许后续Java会判断是否是容器环境来自动设置Xms
参考

[1] JVM的Xms和Xmx参数设置为相同值有什么好处？
[2] Is there any advantage in setting Xms and Xmx to the same value?
[3] large difference between -Xms and -Xmx values in jvm

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