Java的JVM性能监控与故障处理工具详细介绍以及使用案例

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给一个系统定位问题的时候,知识、经验是关键基础,数据是依据。工具是运用知识处理数据的手段。这里说的数据包括:运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照文件(threaddump/javacore文件)、堆转储快照(heapdump/hprof文件)等。使用JVM命令和一查看这个JVM参数,帮助我们排查、解决问题。

1 JDK的命令行工具

JDK的命令行工具大多数是对JDK/lib/tools.jar类库的一层薄包装而已,它们的主要功能代码是在tools类库中实现的。Linux下的这些工具有的甚至是用shell脚本编写的。

常见工具如下:

名称 主要作用
jps JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的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出快照(heapdump文件)
jhat JVM Heap Dump Browser,分析heapdump文件,可以在浏览器查看结果
jstack stack trace for java,显示虚拟机的线程快照

1.1 jps——虚拟机进程状况工具

列出正在运行的虚拟机进程,并显示虚拟机执行主类名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID。

jps命令格式:

jps [ options ] [ hostid ]

jps可以通过RMI协议开启了RMI服务的远程虚拟机进程状态,hostid为RMI注册表中注册的主机名。

jps常用的option选项:

选项 作用
-q 只输出LVMID
-m 输出虚拟机进程启动时传递给主类main()函数的参数
-l 输出主类全名,如果进程执行的事jar包,输出jar路径
-v 输出虚拟机进程启动时JVM参数

1.1.1 案例

案例类如下

public class Jstat {
    /**
     * vm参数为 -Xms30m -Xmx30m -Xmn10m
     * @param args
     * @throws InterruptedException
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(1000000);
    }
}
复制代码

运行之后,使用jps命令,将会展示虚拟机进程id和名字:

在这里插入图片描述

1.2 jstat——虚拟机统计工具监视工具

jstat是用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示本地或者远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾回收、JIT编译等运行数据,在没有GUI图形界面,只是提供了纯文本控制台环境的服务器上,它将是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。

jstat的命令格式:

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

  1. option: 参数选项
  2. -t: 可以在打印的列加上Timestamp列,用于显示系统运行的时间
  3. -h: 可以在周期性数据数据的时候,可以在指定输出多少行以后输出一次表头
  4. vmid: Virtual Machine ID( 进程的 pid)
  5. interval: 执行每次的间隔时间,单位为毫秒
  6. count: 用于指定输出多少次记录,缺省则会一直打印
  7. 对于命令格式中的VMID和LVMID,如过是本地虚拟机进程,VMID和LVMID是一致的,如果是远程虚拟机,那VMID的格式应当是:[protocol:] [//] lvmid[@hostname[:port]/servername]
  8. 参数interval 和count分别表示查询的间隔和次数,如果省略这两个参数,说明只查询一次。

Jstat常用option选项:

选项 作用
-class 类装载数量、卸载数量、总空间以及类状态所消耗时间
-GC 监视Java堆容量状况,包括Eden、Survivor、老年代、永久代等
-GCcapacity 监视Java堆最大、最小空间
-GCutil 关注已使用空间占总空间的百分比
-GCcause 类似GCutil,额外输出上次GC的原因
-GCnew 新生代GC状况
-GCnewcapacity 与-GCnew类似,输出主要关注使用到的最大、最小空间
-GCold 老年代GC状况
-GColdcapacity 与-GCold类似,输出主要关注使用到的最大、最小空间
-GCpermcapacity 输出永久代使用到的最大、最小空间
-compiler 输出JIT编译过的方法和耗时
-printcompilation 输出已经被JIT编译的方法
-GCmetacapacity 元数据空间统计

1.2.1 案例

加上-GC显示将会GC堆信息,使用上一个案例,设置VM参数为 -Xms30m -Xmx30m -Xmn10m ,即初始内存30m,最大内存30m,年轻代10m。

运行程序,使用 jstat -gc 6128 命令结果如下,可以看到GC堆信息:

在这里插入图片描述

S0C:年轻代中第一个Survivor(幸存区)的容量 (字节) S1C:年轻代中第二个Survivor(幸存区)的容量 (字节) S0U :年轻代中第一个Survivor(幸存区)目前已使用空间 (字节) S1U :年轻代中第二个Survivor(幸存区)目前已使用空间 (字节) EC :年轻代中Eden(伊甸园)的容量 (字节) EU :年轻代中Eden(伊甸园)目前已使用空间 (字节) OC :Old代的容量 (字节) OU :Old代目前已使用空间 (字节) MC:metaspace(元空间)的容量 (字节) MU:metaspace(元空间)目前已使用空间 (字节) YGC :从应用程序启动到采样时年轻代中GC次数 YGCT :从应用程序启动到采样时年轻代中GC所用时间(s) FGC :从应用程序启动到采样时old代(全GC)GC次数 FGCT :从应用程序启动到采样时old代(全GC)GC所用时间(s) GCT:从应用程序启动到采样时GC用的总时间(s)

从图中可以看出,各项结果符合我们的VM参数设置的信息。

1.3 jinfo——Java配置信息工具

实时查看和调整虚拟机各项参数。

jinfo常用option选项:

选项 作用 案例
-flag 调整虚拟机参数 jinfo -flag +PrintGCDetails 1479
-flags 查看指定进程所有参数 jinfo -flags 1479
-sysprops 打印虚拟机进程系统内容 jinfo -sysprops 1479
无参 打印所有 jinfo 1479

1.3.1 案例

使用上面的例子,加上vm参数信息 -Xms30m -Xmx30m -Xmn10m。使用jinfo -flags 6128 ,从结果中可以找到我们设置的vm信息。

在这里插入图片描述

1.4 jmap——Java内存映射工具

jmap命令用于生成堆转储快照。jmap的作用并不仅仅为了获取dump文件,它还可以查询finalize执行队列、java堆和永久代的详细信息。如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。

jmap格式:

jmap [option] vmid

jmap常用option选项:

选项 作用
-dump 生成堆转储快照,格式为-dump:[live,]format=b,file=,不建议使用
-finalizerinfo 显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalize方法的对象
-heap 显示java堆详细信息,回收器种类、参数配置、分代状况等
-histo 显示堆中对象统计信息,包括类、实例数量、合计容量,会先触发GC,再统计信息,不建议使用
-permstat 查看永久代内存状态,比较耗时,会暂停应用,不建议使用
-F 强制生成dump快照,当-dump失效时,再使用此命令

1.4.1 案例

还是上面的例子。

使用jmap -heap 6128,可以看到我们的VM参数设置的信息:

在这里插入图片描述

jmap -dump:live,format=b,file=‪C:\Users\lx\Desktop\test1.bin 9472

将生成堆转储快照,这里我生成到桌面。后面可以使用jhat分析dump文件。

在这里插入图片描述

1.5 jhat——虚拟机堆快照分析工具

Sun JDK提供jhat与jmap搭配使用,来分析dump生成的堆快照。jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器,生成dump文件的分析结果后,可以在浏览器中查看。

1.5.1 案例

jhat test1.bin

test1.bin为上面生成的dump文件。屏幕显示“Server is ready.”的提示后,用户在浏览器中键入http://localhost:7000就可以看到分析的结果了。

在这里插入图片描述

分析结果默认是以包为单位进行分组显示,分析内存泄漏问题主要会使用到其中的“Heap Histogram”与OQL标签的功能。前者可以找到内存中总容量最大的对象。后者是标准的对象查询语言,使用类似SQL的语法对内存中的对象进行查询统计。

在这里插入图片描述

1.6 jstack——Java堆栈跟踪工具

jstack命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照(一般称为threaddump或者javacore文件)。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈集合,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,如线程死锁、死循环、请求外部资源导致长时间等待等

jstack 格式:

jstack [option] vmid

jstack常见option选项:

选项 作用 案例
-m 如果调用本地方法,则显示C/C++的堆栈 jstack -m 1479
-l 除堆栈外,显示关于锁的附加信息 jstack -l 1479
-F 当正常输出的请求不被响应时,强制输出线程堆栈 jstack -F 1479

1.6.1 案例

jstack -l 9472

会输出很多信息,我们可以找到如下信息:

在这里插入图片描述

可以看到,main线程正在限时等待——因为sleep的原因。

jstack 可以帮助我们用来分析线程信息,比如死锁,状态等。

2 JDK的可视化工具

JDK中除了提供大量的命令行工具外,还有两个功能强大的可视化工具:JConsole和VisualVM,这两个工具是JDK的正式成员,没有被贴上“unsupported and experimental”的标签。

2.1 JConsole——Java监视与管理控制台

从Java 5开始 引入了 JConsole,JConsole 是一个内置 Java 性能分析器。您可以轻松地使用 JConsole(或者,它更高端的 “近亲” jvisualvm )来监控 Java 应用程序性能和跟踪 Java 中的代码。(推荐使用升级版 JConsole 即 jvisualvm )

2.2 jvisualvm——多合一故障处理工具

JVisualVM是一个集成多个JDK命令行工具的可视化工具。JVisualVM基于NetBeans平台开发,它具备了插件扩展功能的特性,通过插件的扩展,可用于显示虚拟机进程及进程的配置和环境信息(jps,jinfo),监视应用程序的CPU、GC、堆、方法区及线程的信息(jstat、jstack)等。JVisualVM在JDK/bin目录下。

以上两个工具的使用可以看这篇文章:Java中的死锁详解以及解决办法,其中的死锁检测部分有指导使用这两个工具。

3 其他外部工具

除了JDK自带的工具之外,使用外部工具,可以为我们提供更加强大功能。

3.1 MAT——内存分析工具

MAT(Memory Analyzer Tool),一个基于Eclipse的内存分析工具,是一个快速、功能丰富的JAVA heap分析工具,它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗。使用内存分析工具从众多的对象中进行分析,快速的计算出在内存中对象的占用大小,看看是谁阻止了垃圾收集器的回收工作,并可以通过报表直观的查看到可能造成这种结果的对象。

官网地址:www.eclipse.org/mat/

在这里插入图片描述

3.3.1 下载安装

下载地址:www.eclipse.org/mat/downloa…

在这里插入图片描述

将下载得到的MemoryAnalyzer-1.8.0.20180604-win32.win32.x86_64.zip进行解压:

在这里插入图片描述

双击启动!

3.3.2 使用

dump文件就堆快照文件,可以使用jmap、Jconsole、和Visual VM等工具导出dump文件,MAT也可以直接导出dump文件,当然也可以直接打开现有的dump文件。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

查看对象以及它的依赖:

在这里插入图片描述

查看可能存在内存问题的分析:

在这里插入图片描述

3.3.3 案例

3.3.3.1 内存溢出代码

编写代码,向List集合中添加100万个字符串,每个字符串由1000个UUID组成。如果程序能够正常执行,最后打印ok。

vm参数设置为 -Xms4m -Xmx4m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError HeapDumpOnOutOfMemoryError参数表示当JVM发生OOM时,自动生成DUMP文件。

public class TestJvmOutOfMemory {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            String str = "";
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                str += UUID.randomUUID().toString();
            }
            list.add(str);
        }
        System.out.println("ok");
    }
}

复制代码

3.3.3.2 运行测试

结果如下:

在这里插入图片描述

可以看到,发生了内存溢出,当发生内存溢出时,会dump文件java_pid7264.hprof在工程目录下:

在这里插入图片描述

3.3.3.3 导入到MAT工具中进行分析

在这里插入图片描述

可以看到,有70.27%的内存由Object[]数组占有,所以比较可疑,这是非常有可能出现内存溢出的。

点击Details查看详情:

在这里插入图片描述

可以看到集合中存储了大量的uuid字符串。实际上这里已经告诉我们是不是因此导致的内存溢出了,我们在details详情的最下面可以看到:

在这里插入图片描述

就是这个大对象数组(list集合使用数组存放的元素),因为需要分配连续的内存,而内存不足导致的OOM。

3.2 GCEasy——GC日志可视化分析工具

直接将GC日志log文件,在官网gceasy.io/上打开,,就能快速进行…

在这里插入图片描述

上传后,点击“Analyze”按钮,即可查看报告。

3.2.1 案例

我们是用上面MAT的代码,设置vm参数为:

-Xms4m -Xmx4m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -Xloggc:./gc.log

表示将会输出GC日志,将gc.log上传,打开,有如下结果:

JVM memory size:分别使用了表格和图形界面来展示了JVM堆内存大小。

在这里插入图片描述

Key Performance Indicators:这一部分是关键的性能指标

  1. Throughput表示的是吞吐量
  2. Latency表示响应时间
  3. Avg Pause GC Time 平均GC时间
  4. Max Pause GC TIme 最大GC时间

在这里插入图片描述

后面还有些参数,这里不做作赘述。

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  1. 《Java虚拟机规范》
  2. 《深入理解Java虚拟机》

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