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

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    [LV.7]常住居民III


    DK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、hprof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。

    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:
    jps [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:
    -q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数
    -m 输出传入main方法的参数
    -l 输出main类或Jar的全限名
    -v 输出传入JVM的参数


    比如下面:
    root@ubuntu:/# jps -m -l2458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml
    29920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat
    3149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start
    30972 sun.tools.jps.Jps -m -l8247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start
    25687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat
    21711 mrf-center.jar

    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:
    jstack [option] pid
    jstack [option] executable core
    jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip


    ? ? 命令行参数选项说明如下:
    -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
    -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:
    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:
    1.png


    ? ? 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:

    2.png


    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:
    jmap [option] pid
    jmap [option] executable core
    jmap [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。
    ? ? jmap -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:

    3.png


    ? ?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:

    4.png

    0.png


    ? ? 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:

    111.png


    class name是对象类型,说明如下:
    B??byte
    C??char
    D??double
    F??float
    I??int
    J??long
    Z??boolean
    [??数组,如[I表示int[]
    [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:
    jmap -dump:format=b,file=dumpFileName pid

    ? ? 我一样地对上面进程ID为21711进行Dump:
    root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711? ???
    Dumping heap to /tmp/dump.dat ...
    Heap 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:

    6.png


    ? ???注意如果Dump文件太大,可能需要加上-J-Xmx512m这种参数指定最大堆内存,即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。然后就可以在浏览器中输入主机地址:9998查看了:

    8.png


    ? ? 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:jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ]
    ? ? vmid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。比如下面输出的是GC信息,采样时间间隔为250ms,采样数为4:

    9.png

    ? ? 要明白上面各列的意义,先看JVM堆内存布局:

    10.png


    ? ? 可以看出:
    堆内存 = 年轻代 + 年老代 + 永久代
    年轻代 = Eden区 + 两个Survivor区(From和To)


    ? ? 现在来解释各列含义: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
    PC、PU:永久代容量和使用量
    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


    E、hprof(Heap/CPU Profiling Tool)
    ? ? hprof能够展现CPU使用率,统计堆内存使用情况。? ? 语法格式如下:

    11.png


    ? ? 完整的命令选项如下:

    13.png


    ? ? 来几个官方指南上的实例。? ?
    ? ? CPU Usage Sampling Profiling(cpu=samples)的例子:
    ? ? java -agentlib:hprof=cpu=samples,interval=20,depth=3 Hello

    ? ? 上面每隔20毫秒采样CPU消耗信息,堆栈深度为3,生成的profile文件名称是java.hprof.txt,在当前目录。? ???CPU Usage Times Profiling(cpu=times)的例子,它相对于CPU Usage Sampling Profile能够获得更加细粒度的CPU消耗信息,能够细到每个方法调用的开始和结束,它的实现使用了字节码注入技术(BCI):
    ? ? javac -J-agentlib:hprof=cpu=times Hello.java

    ? ? Heap Allocation Profiling(heap=sites)的例子:
    ? ? javac -J-agentlib:hprof=heap=sites Hello.java

    ? ? Heap Dump(heap=dump)的例子,它比上面的Heap Allocation Profiling能生成更详细的Heap Dump信息:
    ? ? javac -J-agentlib:hprof=heap=dump Hello.java

    ? ? 虽然在JVM启动参数中加入-Xrunprof:heap=sites参数可以生成CPU/Heap Profile文件,但对JVM性能影响非常大,不建议在线上服务器环境使用。



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