Java 基盤テクノロジーのパフォーマンスの最適化: GC チューニングとメモリ割り当て戦略を実装する方法

Java は最も広く使用されているプログラミング言語の 1 つであり、Java 言語の基礎となるテクノロジはプログラムのパフォーマンスの最適化に不可欠です。この記事では、GC チューニングやメモリ割り当て戦略の実装方法など、Java の基礎となるテクノロジのパフォーマンスの最適化に焦点を当て、具体的なコード例を示します。

1. GC チューニング

Java 言語は、自動メモリ管理メカニズム、つまりガベージ コレクション (ガベージ コレクション、GC) メカニズムを使用します。 GC メカニズムは、使用されなくなったメモリを自動的に回収し、アプリケーションに解放して再利用できます。ただし、GC メカニズムの制御不能性と実行可能リソースの消費により、同時実行性が高く、大量のデータがあり、長時間実行されるシステム (頻繁なフル GC や過度に長い STW など) では、いくつかの問題や課題が発生する可能性があります。世界を止めて）時間など。したがって、GC チューニングは Java プログラムの最適化の重要な部分です。

1.1 GC アルゴリズム

GC アルゴリズムは、JVM がガベージ コレクション操作を実行する方法を決定するコア メカニズムです。 JVM は、マーク スイープ アルゴリズム、コピー アルゴリズム、マーク照合アルゴリズム、世代別コレクション アルゴリズムなど、さまざまな GC アルゴリズムを使用します。さまざまなシナリオに適した GC アルゴリズムが異なります。実際の開発では、アプリケーションへの影響を最小限に抑えながらガベージ コレクションの効率を確保するために、適切な GC アルゴリズムを選択する必要があります。

1.2 GC パラメータの調整

JVM は、開発者がガベージ コレクション メカニズムの動作を調整してアプリケーションのパフォーマンスを最適化できる一連の GC パラメータを提供します。よく使用される GC パラメータには、次のようなものがあります。

• -XX: PrintGC: GC ログの印刷
• -XX: PrintGCDetails: GC の詳細の印刷
• -XX: PrintGCDateStamps : 印刷GC が発生したときのタイムスタンプ
• -XX: UseSerialGC: シリアル GC アルゴリズムを使用します
• -XX: UseParallelGC: パラレル GC アルゴリズムを使用します
• -XX: UseConcMarkSoupGC: CMS を使用しますGC アルゴリズム
• -Xms: 初期ヒープ サイズ
• -Xmx: 最大ヒープ サイズ

実際のアプリケーションでは、特定のアプリケーション シナリオとハードウェア構成を組み合わせる必要があります。 GCパラメータを調整します。

1.3 GC ログ分析

GC チューニングにとって、GC ログは非常に重要なツールです。 GC ログには、JVM のガベージ コレクションに関する詳細情報が記録され、GC の動作とパフォーマンスの問題を診断するのに役立ちます。 GC ログでは、GC が発生した時刻、種類、所要時間、リサイクルされたメモリの量などの情報を確認できます。 GC ログを分析することで、GC 操作中にパフォーマンスを消費するボトルネックや問題を特定し、対応する調整を行うことができます。

次は GC ログのサンプルです:

2019-07-01T11:06:03.837+0800: 1.012: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 335544K->52432K(392192K)] 335544K->94764K(1179648K), 0.4857061 secs] [Times: user=0.66 sys=0.01, real=0.49 secs] 

ご覧のとおり、これは若い世代の GC です。GC のタイムスタンプは 2019-07-01T11:06:03.837 0800 です。これは 0.49 秒続き、52432K のメモリ空間がこの GC に収集されました。

2. メモリ割り当て戦略

GC チューニングに加えて、よく使用されるもう 1 つの最適化方法はメモリ割り当て戦略です。メモリ割り当て戦略は、プログラムの開始時にパラメータを通じて設定でき、さまざまなアプリケーション シナリオに適応するために JVM がメモリを割り当てる方法を指定します。メモリ割り当て戦略を適切に設定すると、メモリの断片化が効果的に排除され、GC の頻度が減少し、アプリケーションの動作効率が向上します。

2.1 オブジェクトのサイズ

メモリ割り当て戦略において、最初に考慮すべき問題はオブジェクトのサイズです。オブジェクトのサイズは通常、次の 2 つの方法で計算できます。

• 実際の測定方法: JVM が提供するツールを使用して、オブジェクトが占有するメモリ領域を計算します。
• 見積もり方法: オブジェクトのデータ構造とメンバ変数の数を分析することで、オブジェクトが占有するメモリ空間を大まかに見積もることができます。

2.2 オブジェクトのライフサイクル

メモリ割り当て戦略では、オブジェクトの作成時間、使用時間、破棄時間を含むオブジェクトのライフサイクルも考慮する必要があります。 。オブジェクトのライフサイクルを合理的かつ正確に見積もることは、メモリ管理を合理的かつ正確に実行してアプリケーションを最適化するという目的を達成するのに役立ちます。

2.3 メモリ割り当てアルゴリズム

Java では、通常、メモリ割り当てアルゴリズムには次のものが含まれます。

• ポインタ衝突 (ポインタの衝突) アルゴリズム: 継続的なメモリ割り当てに使用されます。 。
• フリー リスト アルゴリズム: 個別のメモリ割り当てに使用されます。
• スレッドローカル割り当てバッファ (TLAB) アルゴリズム: スレッド固有のメモリ割り当てに使用され、マルチスレッドがオブジェクトを割り当てるときにスレッド同期のオーバーヘッドを回避できます。

2.4 メモリ割り当てパラメータの設定

Java では、次のパラメータを通じてメモリ割り当てパラメータを設定できます:

• -Xms: 初期ヒープ サイズ
• -Xmx: 最大ヒープ サイズ
• -XX: NewSize: 新しい世代の初期サイズ
• -XX: MaxNewSize: 新しい世代の最大サイズ
• -XX :SurvivorRatio: Eden エリアと Survivor エリアのサイズ比
##-XX:PretenureSizeThreshold: オブジェクトがこの値より大きい場合、古い世代に直接割り当てられます

実際のアプリケーションでは、ハードウェア構成や負荷条件と組み合わせて、アプリケーションの特性やニーズに応じてメモリ割り当てパラメータを設定する必要があります。

次に、単純なメモリ割り当て戦略の例を示します:

public class MemAllocPerformance {
    private static final int LOOP_COUNT = 10000000;
    private static final int SIZE = 256;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < LOOP_COUNT; i++) {
            // 方式一：使用new关键字创建对象
            Object obj = new Object();

            // 方式二：使用对象池技术
            // Object obj = ObjectPool.getInstance().getObject();

            // 方式三：使用ThreadLocal技术
            // Object obj = ThreadLocalObjectPool.getInstance().getObject();

            // 模拟对象使用
            byte[] data = new byte[SIZE];
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Time cost: " + (end - start) + "ms");
    }
}

在以上代码中，我们使用了三种不同的内存分配策略，分别是new方式、对象池技术和ThreadLocal技术。new方式是最简单常见的对象创建方式，而对象池技术和ThreadLocal技术则可以充分利用Java内存分配特性，避免过多的内存分配和回收，从而提高程序的性能表现。

总结

Java底层技术之性能优化是Java程序员的一项重要技能。在本文中，我们介绍了GC调优和内存分配策略两种优化方式，并提供了一些具体的代码示例。在实际的开发中，我们应该根据应用程序的特点和需求，综合考虑硬件的配置和负载情况，选取和调整合适的GC算法和内存分配策略，以达到优化应用程序性能的目的。

以上がJava 基盤テクノロジーのパフォーマンスの最適化: GC チューニングとメモリ割り当て戦略を実装する方法の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。