JDK本身提供了很多方便的JVM性能调优监控工具,除了集成式的VisualVM和jConsole外,还有jps、jstack、jmap、jhat、jstat等小巧的工具,本博客希望能起抛砖引玉之用,让大家能开始对JVM性能调优的常用工具有所了解。

    现实企业级Java开发中,有时候我们会碰到下面这些问题:

  • OutOfMemoryError,内存不足

  • 内存泄露

  • 线程死锁

  • 锁争用(Lock Contention)

  • Java进程消耗CPU过高

  •  这些问题在日常开发中可能被很多人忽视(比如有的人遇到上面的问题只是重启服务器或者调大内存,而不会深究问题根源),但能够理解并解决这些问题是Java程序员进阶的必备要求。本文将对一些常用的JVM性能调优监控工具进行介绍,希望能起抛砖引玉之用。本文参考了网上很多资料,难以一一列举,在此对这些资料的作者表示感谢!关于JVM性能调优相关的资料,请参考文末。


A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)      

    jps主要用来输出JVM中运行的进程状态信息。语法格式如下:

1jps [options] [hostid]


    如果不指定hostid就默认为当前主机或服务器。

    命令行参数选项说明如下:

1-q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数
2-m 输出传入main方法的参数
3-l 输出main类或Jar的全限名
4-v 输出传入JVM的参数


   比如下面:

1root@ubuntu:/# jps -m -l
22458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml
329920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat
43149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start
530972 sun.tools.jps.Jps -m -l
68247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start
725687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat
821711 mrf-center.jar 

 

只能查看pid号和对应进程以及jvm你设置的参数


B、 jstack

    jstack主要用来查看某个Java进程内的线程堆栈信息。语法格式如下:

1jstack [option] pid
2jstack [option] executable core
3jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip


    命令行参数选项说明如下:

1-l long listings,会打印出额外的锁信息,在发生死锁时可以用jstack -l pid来观察锁持有情况
2-m mixed mode,不仅会输出Java堆栈信息,还会输出C/C++堆栈信息(比如Native方法)


    jstack可以定位到线程堆栈,根据堆栈信息我们可以定位到具体代码,所以它在JVM性能调优中使用得非常多。下面我们来一个实例找出某个Java进程中最耗费CPU的Java线程并定位堆栈信息,用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。

    第一步先找出Java进程ID,我部署在服务器上的Java应用名称为mrf-center:

1root@ubuntu:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v grep
2root     21711     1  1 14:47 pts/3    00:02:10 java -jar mrf-center.jar


    得到进程ID为21711,第二步找出该进程内最耗费CPU的线程,可以使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid,我这里用第三个,输出如下:

JVM性能调优监控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用详解

    TIME列就是各个Java线程耗费的CPU时间,CPU时间最长的是线程ID为21742的线程,用

1printf "%x\n" 21742


    得到21742的十六进制值为54ee,下面会用到。    

    OK,下一步终于轮到jstack上场了,它用来输出进程21711的堆栈信息,然后根据线程ID的十六进制值grep,如下:

1root@ubuntu:/# jstack 21711 | grep 54ee
2"PollIntervalRetrySchedulerThread" prio=10 tid=0x00007f950043e000 nid=0x54ee in Object.wait() [0x00007f94c6eda000]


    可以看到CPU消耗在PollIntervalRetrySchedulerThread这个类的Object.wait(),我找了下我的代码,定位到下面的代码:

01// Idle wait
02getLog().info("Thread [" + getName() + "] is idle waiting...");
03schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;
04long now = System.currentTimeMillis();
05long waitTime = now + getIdleWaitTime();
06long timeUntilContinue = waitTime - now;
07synchronized(sigLock) {
08    try {
09        if(!halted.get()) {
10            sigLock.wait(timeUntilContinue);
11        }
12    } 
13    catch (InterruptedException ignore) {
14    }
15}


    它是轮询任务的空闲等待代码,上面的sigLock.wait(timeUntilContinue)就对应了前面的Object.wait()。

 

C、 jmap(Memory Map)和jhat(Java Heap Analysis Tool)

    jmap用来查看堆内存使用状况,一般结合jhat使用。

    jmap语法格式如下:

1jmap [option] pid
2jmap [option] executable core
3jmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip


    如果运行在64位JVM上,可能需要指定-J-d64命令选项参数。

1jmap -permstat pid


    打印进程的类加载器和类加载器加载的持久代对象信息,输出:类加载器名称、对象是否存活(不可靠)、对象地址、父类加载器、已加载的类大小等信息,如下图:

JVM性能调优监控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用详解

   使用jmap -heap pid查看进程堆内存使用情况,包括使用的GC算法、堆配置参数和各代中堆内存使用情况。比如下面的例子:

01root@ubuntu:/# jmap -heap 21711
02Attaching to process ID 21711, please wait...
03Debugger attached successfully.
04Server compiler detected.
05JVM version is 20.10-b01
06
07using thread-local object allocation.
08Parallel GC with 4 thread(s)
09
10Heap Configuration:##堆配置情况
11   MinHeapFreeRatio = 40##最小堆使用比例
12   MaxHeapFreeRatio = 70##最大堆可用比例
13   MaxHeapSize      = 2067791872 (1972.0MB)##最大堆可用比例
14   NewSize          = 1310720 (1.25MB)##新生代分配大小
15   MaxNewSize       = 17592186044415 MB ##最大可新生代分配大小
16   OldSize          = 5439488 (5.1875MB)##老生代大小
17   NewRatio         = 2##新生代比例
18   SurvivorRatio    = 8##新生代与suvivor的比例
19   PermSize         = 21757952 (20.75MB)##perm区大小
20   MaxPermSize      = 85983232 (82.0MB)##最大可分配perm区大小
21
22Heap Usage:##堆使用情况
23PS Young Generation
24Eden Space:
25   capacity = 6422528 (6.125MB)
26   used     = 5445552 (5.1932830810546875MB)
27   free     = 976976 (0.9317169189453125MB)
28   84.78829520089286% used
29From Space:
30   capacity = 131072 (0.125MB)
31   used     = 98304 (0.09375MB)
32   free     = 32768 (0.03125MB)
33   75.0% used
34To Space:
35   capacity = 131072 (0.125MB)
36   used     = 0 (0.0MB)
37   free     = 131072 (0.125MB)
38   0.0% used
39PS Old Generation
40   capacity = 35258368 (33.625MB)
41   used     = 4119544 (3.9287033081054688MB)
42   free     = 31138824 (29.69629669189453MB)
43   11.683876009235595% used
44PS Perm Generation
45   capacity = 52428800 (50.0MB)
46   used     = 26075168 (24.867218017578125MB)
47   free     = 26353632 (25.132781982421875MB)
48   49.73443603515625% used
49


using parallel threads in the new generation.  ##新生代采用的是并行线程处理方式

using thread-local object allocation.   

Concurrent Mark-Sweep GC   ##同步并行垃圾回收

 

Heap Configuration:  ##堆配置情况

   MinHeapFreeRatio = 40 ##最小堆使用比例

   MaxHeapFreeRatio = 70 ##最大堆可用比例

   MaxHeapSize      = 2147483648 (2048.0MB) ##最大堆空间大小

   NewSize          = 268435456 (256.0MB) ##新生代分配大小

   MaxNewSize       = 268435456 (256.0MB) ##最大可新生代分配大小

   OldSize          = 5439488 (5.1875MB) ##老生代大小

   NewRatio         = 2  ##新生代比例

   SurvivorRatio    = 8 ##新生代与suvivor的比例

   PermSize         = 134217728 (128.0MB) ##perm区大小

   MaxPermSize      = 134217728 (128.0MB) ##最大可分配perm区大小

 

Heap Usage: ##堆使用情况

New Generation (Eden + 1 Survivor Space):  ##新生代(伊甸区 + survior空间)

   capacity = 241631232 (230.4375MB)  ##伊甸区容量

   used     = 77776272 (74.17323303222656MB) ##已经使用大小

   free     = 163854960 (156.26426696777344MB) ##剩余容量

   32.188004570534986% used ##使用比例

Eden Space:  ##伊甸区

   capacity = 214827008 (204.875MB) ##伊甸区容量

   used     = 74442288 (70.99369812011719MB) ##伊甸区使用

   free     = 140384720 (133.8813018798828MB) ##伊甸区当前剩余容量

   34.65220164496263% used ##伊甸区使用情况

From Space: ##survior1区

   capacity = 26804224 (25.5625MB) ##survior1区容量

   used     = 3333984 (3.179534912109375MB) ##surviror1区已使用情况

   free     = 23470240 (22.382965087890625MB) ##surviror1区剩余容量

   12.43827838477995% used ##survior1区使用比例

To Space: ##survior2 区

   capacity = 26804224 (25.5625MB) ##survior2区容量

   used     = 0 (0.0MB) ##survior2区已使用情况

   free     = 26804224 (25.5625MB) ##survior2区剩余容量

   0.0% used ## survior2区使用比例

concurrent mark-sweep generation: ##老生代使用情况

   capacity = 1879048192 (1792.0MB) ##老生代容量

   used     = 30847928 (29.41887664794922MB) ##老生代已使用容量

   free     = 1848200264 (1762.5811233520508MB) ##老生代剩余容量

   1.6416783843721663% used ##老生代使用比例

Perm Generation: ##perm区使用情况

   capacity = 134217728 (128.0MB) ##perm区容量

   used     = 47303016 (45.111671447753906MB) ##perm区已使用容量

   free     = 86914712 (82.8883285522461MB) ##perm区剩余容量

   35.24349331855774% used ##perm区使用比例


 
  使用jmap -histo[:live] pid查看堆内存中的对象数目、大小统计直方图,如果带上live则只统计活对象,如下:

01root@ubuntu:/# jmap -histo:live 21711 | more
02
03 num     #instances         #bytes  class name
04----------------------------------------------
05   1:         38445        5597736  <constMethodKlass>
06   2:         38445        5237288  <methodKlass>
07   3:          3500        3749504  <constantPoolKlass>
08   4:         60858        3242600  <symbolKlass>
09   5:          3500        2715264  <instanceKlassKlass>
10   6:          2796        2131424  <constantPoolCacheKlass>
11   7:          5543        1317400  [I
12   8:         13714        1010768  [C
13   9:          4752        1003344  [B
14  10:          1225         639656  <methodDataKlass>
15  11:         14194         454208  java.lang.String
16  12:          3809         396136  java.lang.Class
17  13:          4979         311952  [S
18  14:          5598         287064  [[I
19  15:          3028         266464  java.lang.reflect.Method
20  16:           280         163520  <objArrayKlassKlass>
21  17:          4355         139360  java.util.HashMap$Entry
22  18:          1869         138568  [Ljava.util.HashMap$Entry;
23  19:          2443          97720  java.util.LinkedHashMap$Entry
24  20:          2072          82880  java.lang.ref.SoftReference
25  21:          1807          71528  [Ljava.lang.Object;
26  22:          2206          70592  java.lang.ref.WeakReference
27  23:           934          52304  java.util.LinkedHashMap
28  24:           871          48776  java.beans.MethodDescriptor
29  25:          1442          46144  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry
30  26:           804          38592  java.util.HashMap
31  27:           948          37920  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment
32  28:          1621          35696  [Ljava.lang.Class;
33  29:          1313          34880  [Ljava.lang.String;
34  30:          1396          33504  java.util.LinkedList$Entry
35  31:           462          33264  java.lang.reflect.Field
36  32:          1024          32768  java.util.Hashtable$Entry
37  33:           948          31440  [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry;


    class name是对象类型,说明如下:

1B  byte
2C  char
3D  double
4F  float
5I  int
6J  long
7Z  boolean
8[  数组,如[I表示int[]
9[L+类名 其他对象


    还有一个很常用的情况是:用jmap把进程内存使用情况dump到文件中,再用jhat分析查看。jmap进行dump命令格式如下:

1jmap -dump:format=b,file=dumpFileName


    我一样地对上面进程ID为21711进行Dump:

1root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711     
2Dumping heap to /tmp/dump.dat ...
3Heap dump file created


   dump出来的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看,这里用jhat查看:

01root@ubuntu:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.dat
02Reading from /tmp/dump.dat...
03Dump file created Tue Jan 28 17:46:14 CST 2014
04Snapshot read, resolving...
05Resolving 132207 objects...
06Chasing references, expect 26 dots..........................
07Eliminating duplicate references..........................
08Snapshot resolved.
09Started HTTP server on port 9998
10Server is ready.


     然后就可以在浏览器中输入主机地址:9998查看了:

JVM性能调优监控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用详解

    上面红线框出来的部分大家可以自己去摸索下,最后一项支持OQL(对象查询语言)。

 

D、jstat(JVM统计监测工具)

    语法格式如下:

1jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ]


    vmid是虚拟机ID,在Linux/Unix系统上一般就是进程ID。interval是采样时间间隔。count是采样数目。比如下面输出的是GC信息,采样时间间隔为250ms,采样数为4:

1root@ubuntu:/# jstat -gc 21711 250 4
2 S0C    S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       PC     PU    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
3192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1854.9   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649
4192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1972.2   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649
5192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1972.2   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649
6192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   2109.7   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649


    要明白上面各列的意义,先看JVM堆内存布局:

JVM性能调优监控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用详解

    可以看出:

1堆内存 = 年轻代 + 年老代 + 永久代
2年轻代 = Eden区 + 两个Survivor区(From和To)


    现在来解释各列含义:

1S0C、S1C、S0U、S1U:Survivor 0/1区容量(Capacity)和使用量(Used)
2EC、EU:Eden区容量和使用量
3OC、OU:年老代容量和使用量
4PC、PU:永久代容量和使用量
5YGC、YGT:年轻代GC次数和GC耗时
6FGC、FGCT:Full GC次数和Full GC耗时
7GCT:GC总耗时