JVM性能調優監控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用詳解
JDK本身提供了很多方便的JVM性能調優監控工具，除了集成式的VisualVM和jConsole外，還有jps、jstack、jmap、jhat、jstat等小巧的工具，本博客希望能起拋磚引玉之用，讓大家能開始對JVM性能調優的常用工具有所了解。
現實企業級Java開發中，有時候我們會碰到下面這些問題：
-
OutOfMemoryError，內存不足
-
內存泄露
-
線程死鎖
-
鎖爭用（Lock Contention）
-
Java進程消耗CPU過高
-
......
這些問題在日常開發中可能被很多人忽視（比如有的人遇到上面的問題只是重啟服務器或者調大內存，而不會深究問題根源），但能夠理解並解決這些問題是Java程序員進階的必備要求。本文將對一些常用的JVM性能調優監控工具進行介紹，希望能起拋磚引玉之用。本文參考了網上很多資料，難以一一列舉，在此對這些資料的作者表示感謝！關於JVM性能調優相關的資料，請參考文末。
A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)
jps主要用來輸出JVM中運行的進程狀態信息。語法格式如下：
1 |
jps [options] [hostid] |
如果不指定hostid就默認為當前主機或服務器。
命令行參數選項說明如下：
1 |
-q 不輸出類名、Jar名和傳入main方法的參數 |
2 |
-m 輸出傳入main方法的參數 |
3 |
-l 輸出main類或Jar的全限名 |
4 |
-v 輸出傳入JVM的參數 |
比如下面：
1 |
[email protected]:/# jps -m -l |
2 |
2458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml |
3 |
29920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat |
4 |
3149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start |
5 |
30972 sun.tools.jps.Jps -m -l |
6 |
8247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start |
7 |
25687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat |
8 |
21711 mrf-center.jar |
B、 jstack
jstack主要用來查看某個Java進程內的線程堆棧信息。語法格式如下：
1 |
jstack [option] pid |
2 |
jstack [option] executable core |
3 |
jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip |
命令行參數選項說明如下：
1 |
-l long listings，會打印出額外的鎖信息，在發生死鎖時可以用jstack -l pid來觀察鎖持有情況 |
2 |
-m mixed mode，不僅會輸出Java堆棧信息，還會輸出C/C++堆棧信息（比如Native方法） |
jstack可以定位到線程堆棧，根據堆棧信息我們可以定位到具體代碼，所以它在JVM性能調優中使用得非常多。下面我們來一個實例找出某個Java進程中最耗費CPU的Java線程並定位堆棧信息，用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。
第一步先找出Java進程ID，我部署在服務器上的Java應用名稱為mrf-center：
1 |
[email protected]:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v grep |
2 |
root 21711 1 1 14:47 pts/3 00:02:10 java -jar mrf-center.jar |
得到進程ID為21711，第二步找出該進程內最耗費CPU的線程，可以使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid，我這裏用第三個，輸出如下：
TIME列就是各個Java線程耗費的CPU時間，CPU時間最長的是線程ID為21742的線程，用
1 |
printf "%x\n" 21742 |
得到21742的十六進制值為54ee，下面會用到。
OK，下一步終於輪到jstack上場了，它用來輸出進程21711的堆棧信息，然後根據線程ID的十六進制值grep，如下：
1 |
[email protected]:/# 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這個類的Object.wait()，我找了下我的代碼，定位到下面的代碼：
01 |
// Idle wait |
02 |
getLog().info("Thread [" + getName() + "] is idle waiting..."); |
03 |
schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting; |
04 |
long now = System.currentTimeMillis(); |
05 |
long waitTime = now + getIdleWaitTime(); |
06 |
long timeUntilContinue = waitTime - now; |
07 |
synchronized(sigLock) { |
08 |
try { |
09 |
if(!halted.get()) { |
10 |
sigLock.wait(timeUntilContinue); |
11 |
} |
12 |
} |
13 |
catch (InterruptedException ignore) { |
14 |
} |
15 |
} |
它是輪詢任務的空閑等待代碼，上面的sigLock.wait(timeUntilContinue)就對應了前面的Object.wait()。
C、 jmap（Memory Map）和jhat（java Heap Analysis Tool）
jmap用來查看堆內存使用狀況，一般結合jhat使用。
jmap語法格式如下：
1 |
jmap [option] pid |
2 |
jmap [option] executable core |
3 |
jmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip |
如果運行在64位JVM上，可能需要指定-J-d64命令選項參數。
1 |
jmap -permstat pid |
打印進程的類加載器和類加載器加載的持久代對象信息，輸出：類加載器名稱、對象是否存活（不可靠）、對象地址、父類加載器、已加載的類大小等信息，如下圖：
使用jmap -heap pid查看進程堆內存使用情況，包括使用的GC算法、堆配置參數和各代中堆內存使用情況。比如下面的例子：
01 |
[email protected]:/# jmap -heap 21711 |
02 |
Attaching to process ID 21711, please wait... |
03 |
Debugger attached successfully. |
04 |
Server compiler detected. |
05 |
JVM version is 20.10-b01 |
06 |
07 |
using thread-local object allocation. |
08 |
Parallel GC with 4 thread(s) |
09 |
10 |
Heap Configuration: |
11 |
MinHeapFreeRatio = 40 |
12 |
MaxHeapFreeRatio = 70 |
13 |
MaxHeapSize = 2067791872 (1972.0MB) |
14 |
NewSize = 1310720 (1.25MB) |
15 |
MaxNewSize = 17592186044415 MB |
16 |
OldSize = 5439488 (5.1875MB) |
17 |
NewRatio = 2 |
18 |
SurvivorRatio = 8 |
19 |
PermSize = 21757952 (20.75MB) |
20 |
MaxPermSize = 85983232 (82.0MB) |
21 |
22 |
Heap Usage: |
23 |
PS Young Generation |
24 |
Eden Space: |
25 |
capacity = 6422528 (6.125MB) |
26 |
used = 5445552 (5.1932830810546875MB) |
27 |
free = 976976 (0.9317169189453125MB) |
28 |
84.78829520089286% used |
29 |
From Space: |
30 |
capacity = 131072 (0.125MB) |
31 |
used = 98304 (0.09375MB) |
32 |
free = 32768 (0.03125MB) |
33 |
75.0% used |
34 |
To Space: |
35 |
capacity = 131072 (0.125MB) |
36 |
used = 0 (0.0MB) |
37 |
free = 131072 (0.125MB) |
38 |
0.0% used |
39 |
PS Old Generation |
40 |
capacity = 35258368 (33.625MB) |
41 |
used = 4119544 (3.9287033081054688MB) |
42 |
free = 31138824 (29.69629669189453MB) |
43 |
11.683876009235595% used |
44 |
PS Perm Generation |
45 |
capacity = 52428800 (50.0MB) |
46 |
used = 26075168 (24.867218017578125MB) |
47 |
free = 26353632 (25.132781982421875MB) |
48 |
49.73443603515625% used |
49 |
.... |
使用jmap -histo[:live] pid查看堆內存中的對象數目、大小統計直方圖，如果帶上live則只統計活對象，如下：
01 |
[email protected]:/# 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是對象類型，說明如下：
1 |
B byte |
2 |
C char |
3 |
D double |
4 |
F float |
5 |
I int |
6 |
J long |
7 |
Z boolean |
8 |
[ 數組，如[I表示int[] |
9 |
[L+類名 其他對象 |
還有一個很常用的情況是：用jmap把進程內存使用情況dump到文件中，再用jhat分析查看。jmap進行dump命令格式如下：
1 |
jmap -dump:format=b,file=dumpFileName |
我一樣地對上面進程ID為21711進行Dump：
1 |
[email protected]:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711 |
2 |
Dumping heap to /tmp/dump.dat ... |
3 |
Heap dump file created |
dump出來的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看，這裏用jhat查看：
01 |
[email protected]:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.dat |
02 |
Reading from /tmp/dump.dat... |
03 |
Dump file created Tue Jan 28 17:46:14 CST 2014 |
04 |
Snapshot read, resolving... |
05 |
Resolving 132207 objects... |
06 |
Chasing references, expect 26 dots.......................... |
07 |
Eliminating duplicate references.......................... |
08 |
Snapshot resolved. |
09 |
Started HTTP server on port 9998 |
10 |
Server is ready. |
然後就可以在瀏覽器中輸入主機地址:9998查看了：
上面紅線框出來的部分大家可以自己去摸索下，最後一項支持OQL（對象查詢語言）。
D、jstat（JVM統計監測工具）
語法格式如下：
1 |
jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ] |
vmid是虛擬機ID，在Linux/Unix系統上一般就是進程ID。interval是采樣時間間隔。count是采樣數目。比如下面輸出的是GC信息，采樣時間間隔為250ms，采樣數為4：
1 |
[email protected]:/# jstat -gc 21711 250 4 |
2 |
S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU PC PU YGC YGCT FGC FGCT GCT |
3 |
192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1854.9 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 |
4 |
192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 |
5 |
192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 |
6 |
192.0 192.0 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義，先看JVM堆內存布局：
可以看出：
1 |
堆內存 = 年輕代 + 年老代 + 永久代 |
2 |
年輕代 = Eden區 + 兩個Survivor區（From和To） |
現在來解釋各列含義：
1 |
S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1區容量（Capacity）和使用量（Used） |
2 |
EC、EU：Eden區容量和使用量 |
3 |
OC、OU：年老代容量和使用量 |
4 |
PC、PU：永久代容量和使用量 |
5 |
YGC、YGT：年輕代GC次數和GC耗時 |
6 |
FGC、FGCT：Full GC次數和Full GC耗時 |
7 |
GCT：GC總耗時 |
其他JVM性能調優參考資料：
《Java虛擬機規範》
《Java Performance》
《Trouble Shooting Guide for JavaSE 6 with HotSpot VM》: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tsg-vm-149989.pdf
《Effective Java》
VisualVM: http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/visualvm/
jConsole: http://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/management/jconsole.html
Monitoring and Managing JavaSE 6 Applications: http://www.oracle.com/technetwork/articles/javase/monitoring-141801.html
JVM性能調優監控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用詳解