JVM 调优实战补充与常量池详解

Corey2026/9/3大约 7 分钟

JVM 系列 · 第 10/12 篇
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场景：线上不能重启，也不能加日志发版

上一篇的 jmap/jstack 适合「能登录机器、能拿 PID」的环境；更常见的是：不能 debug、不能随意重启，却要知道 CPU 为何升高、代码是否生效、类从哪个 jar 加载。Alibaba Arthas 用命令行交互完成这些诊断；同时 GC 日志 与 常量池 机制，也是调优与面试的高频考点。本文把三块内容串在一起。

一、Arthas：线上 Java 诊断

Arthas 是 Alibaba 2018 年开源的 Java 诊断工具，支持 JDK 6+，命令行交互，官方文档非常完整。

1.1 典型使用场景

场景	Arthas 能做什么
系统整体健康	`dashboard` 总览
CPU 升高	`thread -n 3` 找最忙线程
死锁 / 阻塞	`thread -b`
方法耗时	`trace` / `monitor`
类从哪加载	`sc` / `classloader`
代码是否上线	`jad` 反编译对比
不能加日志发版	动态 watch / trace

1.2 安装与 attach

wget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
# 或 Gitee：wget https://arthas.gitee.io/arthas-boot.jar

java -jar arthas-boot.jar
# 选择目标 Java 进程序号进入

测试程序（模拟 CPU 高、死锁、集合增长）：

public class Arthas {
    private static HashSet hashSet = new HashSet();

    public static void main(String[] args) {
        cpuHigh();
        deadThread();
        addHashSetThread();
    }

    public static void addHashSetThread() {
        new Thread(() -> {
            int count = 0;
            while (true) {
                try {
                    hashSet.add("count" + count++);
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }

    public static void cpuHigh() {
        new Thread(() -> { while (true) { } }).start();
    }

    private static void deadThread() {
        Object resourceA = new Object();
        Object resourceB = new Object();
        new Thread(() -> {
            synchronized (resourceA) {
                try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException ignored) { }
                synchronized (resourceB) { }
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            synchronized (resourceB) {
                try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException ignored) { }
                synchronized (resourceA) { }
            }
        }).start();
    }
}

1.3 常用命令

dashboard          # 线程、内存、GC、运行环境
thread             # 所有线程 CPU 时间
thread <id>        # 指定线程栈
thread -b          # 死锁检测
jad com.example.Foo   # 反编译，确认线上版本
ognl '@logger@...'    # 执行 OGNL 表达式
help               # 完整命令列表

更多命令见 Arthas 官方命令文档。

二、GC 日志：打印与分析

2.1 JDK 8 风格参数（仍常见）

在 JVM 参数中增加：

-Xloggc:./gc-%t.log
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCCause
-XX:+UseGCLogFileRotation
-XX:NumberOfGCLogFiles=10
-XX:GCLogFileSize=100M

Tomcat 写在 JAVA_OPTS 里；Spring Boot 写在 JAVA_TOOL_OPTIONS 或启动脚本。

示例启动：

java -jar \
  -Xloggc:./gc-%t.log \
  -XX:+PrintGCDetails \
  -XX:+PrintGCDateStamps \
  -XX:+PrintGCTimeStamps \
  -XX:+PrintGCCause \
  -XX:+UseGCLogFileRotation \
  -XX:NumberOfGCLogFiles=10 \
  -XX:GCLogFileSize=100M \
  microservice-eureka-server.jar

2.2 如何读一行 Full GC 日志

2024-01-01T10:00:00.123+0800: 2.909: [Full GC (Metadata GC Threshold)
 6160K->0K(141824K), 112K->6056K(95744K), 6272K->6056K(237568K),
 20516K->20516K(1069056K), 0.0209707 secs]

片段	含义
`2.909`	JVM 启动到本次 GC 的秒数
`Full GC (Metadata GC Threshold)`	Full GC，原因是元空间阈值
`6160K->0K(141824K)`	Young：GC 前 → GC 后（容量）
`112K->6056K(95744K)`	Old
`6272K->6056K(237568K)`	整个堆
`20516K->20516K(1069056K)`	Metaspace
`0.0209707 secs`	本次 STW 耗时

若多次 Full GC 都因 Metaspace 触发，可调大：

-XX:MetaspaceSize=256M -XX:MaxMetaspaceSize=256M

2.3 CMS / G1 对比实验

HeapTest 持续 new byte[102400]：

public class HeapTest {
    byte[] a = new byte[1024 * 100];
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<HeapTest> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(new HeapTest());
            Thread.sleep(10);
        }
    }
}

CMS（JDK 8 典型）：

-Xloggc:d:/gc-cms-%t.log -Xms50M -Xmx50M
-XX:MetaspaceSize=256M -XX:MaxMetaspaceSize=256M
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCCause -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=10
-XX:GCLogFileSize=100M
-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

G1：

# 同上，Collector 改为：
-XX:+UseG1GC

日志中的 GC 阶段应与前面 G1/CMS 章节对应。JDK 17 统一用 -Xlog:gc*（见第 12 篇）。

2.4 gceasy 可视化

日志行数上万时，可上传 gceasy.io 做图表化分析与优化建议（部分高级功能需付费）。适合快速看 Young/Old 占用曲线、GC 停顿分布。

三、JVM 参数汇总查看

java -XX:+PrintFlagsInitial   # 所有选项默认值
java -XX:+PrintFlagsFinal     # 当前进程最终生效值
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version  # 当前命令行上的 -XX 参数

排查「脚本写了但没生效」时，以 PrintFlagsFinal 为准。

四、Class 常量池与运行时常量池

4.1 Class 文件中的常量池

Class 文件除版本、字段、方法、接口外，还有 常量池（constant_pool），存放编译期生成的 字面量 与 符号引用。

查看字节码：

javap -v Math.class

输出中 # 开头的即为常量池项。两大类：

字面量：字符串、数值等「右值」，如 int a = 1 里的 1。

符号引用（编译原理概念）：

类/接口全限定名，如 Lcom/tuling/jvm/Math;
字段名与描述符
方法名与描述符，如 main、()V

加载进内存后，符号引用通过 动态链接 转为 直接引用（方法在内存中的入口地址等）。

4.2 运行时常量池

Class 常量池是静态信息；类加载后进入方法区/元空间的 运行时常量池，符号引用在运行期才绑定到具体地址。

五、字符串常量池

5.1 设计思想

字符串创建成本高，JVM 维护 字符串常量池（String Table）：创建前先查池，有则复用引用，无则入池（具体规则随 JDK 版本变化）。

5.2 三种创建方式（JDK 7+）

直接字面量

String s = "zhuge";  // 指向常量池中的引用

new String

String s1 = new String("zhuge");  // 堆上新对象 + 池中可能有 "zhuge"

流程：有字面量 "zhuge" 则先确保池中有；再在堆上 new，返回堆引用。

intern()

String s1 = new String("zhuge");
String s2 = s1.intern();
System.out.println(s1 == s2);  // false：s1 堆上，s2 池引用

intern() 为 native 方法：池中有 equal 相等的串则返回池引用；否则 JDK 7+ 将堆上对象引用写入池中（JDK 6 会在 PermGen 复制一份）。

5.3 字符串池位置演进

JDK	字符串常量池位置
6 及以前	PermGen（永久代）内
7	从 PermGen 挪到堆
8+	仍在堆；运行时常量池在 Metaspace

验证 OOM 类型：

/**
 * -Xms10M -Xmx10M
 */
public class RuntimeConstantPoolOOM {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10_000_000; i++) {
            list.add(String.valueOf(i).intern());
        }
    }
}

JDK 7+：OutOfMemoryError: Java heap space
JDK 6：OutOfMemoryError: PermGen space

5.4 intern 与版本差异（面试高频）

String s1 = new String("he") + new String("llo");
String s2 = s1.intern();
System.out.println(s1 == s2);

JDK	结果	说明
6	false	intern 在 PermGen 复制，s1 仍在堆
7+	true	池在堆，intern 直接记录堆上 s1 的引用

底层 StringTable 类似 HashTable，存的是 字符串对象的引用。

5.5 经典例题速查

例 1：编译期常量折叠

String s0 = "zhuge", s1 = "zhuge", s2 = "zhu" + "ge";
// s0==s1==s2 → true

例 2：new 与运行时拼接

String s0 = "zhuge";
String s1 = new String("zhuge");
String s2 = "zhu" + new String("ge");
// 全 false（s0 在池，s1/s2 在堆）

例 3："a" + 1 等

String a = "a1", b = "a" + 1;           // true，编译期优化
String a = "atrue", b = "a" + "true";   // true
String a = "a3.4", b = "a" + 3.4;       // true

例 4：引用参与拼接

String bb = "b";
String b = "a" + bb;   // false，bb 运行时才知道

例 5：final 局部变量

final String bb = "b";
String b = "a" + bb;   // true，bb 编译期当常量

例 6：final 来自方法

final String bb = getBB();  // false
private static String getBB() { return "b"; }

例 7：String 不可变与 +

String s = "a" + "b" + "c";  // 等价于 "abc" 一个字面量

String a = "a", b = "b", c = "c";
String s1 = a + b + c;     // 编译为 StringBuilder.append...toString()

例 8：StringBuilder 与 intern

String str2 = new StringBuilder("计算机").append("技术").toString();
System.out.println(str2 == str2.intern());  // true，堆上有对象，池中没有则 intern 指向堆

String str1 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
System.out.println(str1 == str1.intern());  // false，"java" 关键字早已在池中

String s1 = new String("test");
System.out.println(s1 == s1.intern());      // false，"test" 在池，s1 在堆

六、八种包装类的对象池

Byte、Short、Integer、Long、Character、Boolean 实现了缓存；Float/Double 没有。

Integer 等在 -128 ~ 127 内使用 IntegerCache：

Integer i1 = 127, i2 = 127;
System.out.println(i1 == i2);        // true

Integer i3 = 128, i4 = 128;
System.out.println(i3 == i4);        // false

Integer i5 = new Integer(127), i6 = new Integer(127);
System.out.println(i5 == i6);        // false

Boolean b1 = true, b2 = true;
System.out.println(b1 == b2);        // true

Double d1 = 1.0, d2 = 1.0;
System.out.println(d1 == d2);        // false

比较包装类请用 equals()，不要用 ==（除非明确在缓存范围内且未 new）。

小结

主题	要点
Arthas	线上 attach、`dashboard`/`thread`/`jad`，补 JDK 工具不能动态诊断的短板
GC 日志	看 Cause、各代前后大小、STW 时间；Metaspace 不足调 `-XX:MaxMetaspaceSize`
Class 常量池	编译期字面量 + 符号引用；加载后为运行时常量池
字符串池	JDK 7+ 在堆；`intern` 行为与版本强相关
包装类池	-128~127 缓存，比较用 `equals`

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