自动内存管理机制（5）- 虚拟机性能监控

自动内存管理机制（5）- 虚拟机性能监控

0. 概述

在我们日常开发的项目中，有时经常会碰到以下问题：

• OOM（OutOfMemoryError），内存不足
• 内存泄漏
• 线程死锁
• Lock Contention，锁争用
• Java进程消耗CPU过高…

通常我们使用的最简单的解决方法就是调大内存，但这样的话只是解决了这一次的问题，对于它为什么会出现的原因就置之不理了（或者说不会去深究问题根源）。本文将对一些常用的JVM性能调优、监控工具进行介绍，经常使用适当的虚拟机监控和分析工具可以加快我们分析数据、定位解决问题的速度。

一共有以下几种常用的JDK监控和故障处理工具：

名称	主要作用
jps	JVM Process Status Tool，显示制定系统内所有的HotSpot虚拟机进程
jstat	JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据
jinfo	Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息
jmap	Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件）
jhat	JVM Heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果
jstack	Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照

注意：以下所有内容均基于JDK1.8进行测试

1. jps：虚拟机进程状况工具

jps命令和UNIX的ps命令非常像：可以列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类（Main Class，main()函数所在的类）名称以及这些进程的本地虚拟机的唯一ID。

语法如下：

jps [options] [hostid]

如果不指定hostid就默认为当前主机或者服务器。

命令行参数选项options说明如下：

选项	作用
-q	只输出LVMID，省略主类的名称
-m	输出虚拟机进程启动时传递给主类main()函数的参数
-l	输出主类的全名，如果进程执行的时Jar包，输出Jar路径
-v	输出虚拟机进程启动时JVM参数

执行结果：

[C:\~]$ jps -l
9328 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
10520 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer
7912 sun.tools.jps.Jps
1580 com.yis.catcher.demo.Demo1
7308 

2. jstat：虚拟机统计信息监视工具

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）是用来监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。

语法如下：

jstat [option vmid [interval[s|ms] [count]] ]

• vimd是Java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

  如果省略interval和count则代表只查询一次。

• option代表类型，主要分为三类：类加载、垃圾收集、运行期编译情况，有以下的具体选项：

比如下面输出的是GC信息，每隔250毫秒查询一次，一共查询5次：

[C:\~]$ jstat -gc 1580 250 5
 S0C    S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
5120.0 5120.0  0.0    0.0   33280.0  30803.8   87552.0      0.0     4480.0 775.8  384.0   76.4       0    0.000   0      0.000    0.000
5120.0 5120.0  0.0    0.0   33280.0  30803.8   87552.0      0.0     4480.0 775.8  384.0   76.4       0    0.000   0      0.000    0.000
5120.0 5120.0  0.0    0.0   33280.0  30803.8   87552.0      0.0     4480.0 775.8  384.0   76.4       0    0.000   0      0.000    0.000
5120.0 5120.0  0.0    0.0   33280.0  30803.8   87552.0      0.0     4480.0 775.8  384.0   76.4       0    0.000   0      0.000    0.000
5120.0 5120.0  0.0    0.0   33280.0  30803.8   87552.0      0.0     4480.0 775.8  384.0   76.4       0    0.000   0      0.000    0.000

先来看JVM堆内存的分布：

堆内存 = 新生代 + 老年代 + 永久代（方法区）

新生代 = Eden区 + 两个Suivivor区（From 和 To）

现在再来看上面具体的各项含义：

S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1区容量（Capacity）和使用量（Used）
EC、EU：Eden区容量和使用量
OC、OU：年老代容量和使用量
MC、MU：永久代容量和使用量
CCSC、CCSU：压缩类容量和使用量
YGC、YGT：年轻代GC次数和GC耗时
FGC、FGCT：Full GC次数和Full GC耗时
GCT：GC总耗时

3. jinfo：Java配置信息工具

jinfo是用来实时查看和调整虚拟机各项参数。

语法如下：

jinfo [option] pid

执行样例：查询CMSinitiatingOccupancyFraction参数值

[C:\~]$ jinfo -flag CMSInitiatingOccupancyFraction 1580
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=-1

对于Windows平台，jinfo的的功能仍有较大限制，只提供了最基本的-flag选项

4. jmap：Java内存映像工具

jmap命令用于生成堆转储快照，查看堆内存使用状况，一般配合jhat使用。

语法如下：

jmap [option] vmid

option可用的选项如下：

jmap的功能在windos平台下是受限的，除了-dump和-histo可用，其他都不可用。

jmap进行dump命令格式如下：

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

对10424进程进行Dump：

[C:\~]$ jmap -dump:format=b,file=E:\dumpDemo.dat 10424
Dumping heap to E:\dumpDemo.dat ...
Heap dump file created

5. jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

jhat命令与jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照。

示例：

[C:\Users\Yisany\Desktop]$ jhat -port 9998 dumpDemo.dat
Reading from dumpDemo.dat...
Dump file created Wed Nov 14 10:36:30 CST 2018
Snapshot read, resolving...
Resolving 19457 objects...
Chasing references, expect 3 dots...
Eliminating duplicate references...
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 9998
Server is ready.

此时在浏览器中输入 http://localhost:9998/ 就可以看到结果。

6. jstack：Java堆栈跟踪工具

jstack用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因。

线程快照：当前虚拟机每一条线程正在执行的方法堆栈的集合。

线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在做什么。

语法如下：

jstack [option] pid

option的可选项如下：

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

---

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：

root@ubuntu:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v grep
root     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：

​ 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

printf "%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：

root@ubuntu:/# jstack 21711 | grep 54ee
"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：

// Idle wait
getLog().info("Thread [" + getName() + "] is idle waiting...");
schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;
long now = System.currentTimeMillis();
long waitTime = now + getIdleWaitTime();
long timeUntilContinue = waitTime - now;
synchronized(sigLock) {
	try {
    	if(!halted.get()) {
    		sigLock.wait(timeUntilContinue);
    	}
    } 
	catch (InterruptedException ignore) {
    }
}

​ 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()。

---