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JVM虛擬機性能監控與調優（JDK命令行、JConsole）

阿新 • • 發佈：2018-10-18
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很多資料在介紹JDK命令行工具時並不是在Java8環境下，因此還在使用過時的永久區系列的參數，給一些讀者造成困難。

Java8使用Metaspace（元空間）代替永久區，對於64位平臺，為了壓縮JVM對象中的_klass指針的大小，引入了類指針壓縮空間（Compressed Class Pointer Space） 。關於這點，可以參考博客https://blog.csdn.net/liang0000zai/article/details/51168095。

1. JDK命令行工具

在JDK的開發包中，除了大家熟知的java.exe和javac.exe外，還有一系列輔助工具。這些工具在JDk安裝目錄下的bin目錄中。如圖：

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雖然乍看之下，這些工作都是exe的可執行文件。但事實上，它們只是Java程序的一層包裝，其真正實現是在 tools.jar 中。

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以jps工具為例，在控制臺執行jps命令和java -classpath %Java_HOME%/lib/tools.jar sun.tools.jps.Jps命令是等價的，即jps.exe只是這個命令的一層包裝。

在學習以下命令之前，不妨使用IDEA寫個不會退出的小程序，方便測試。示例代碼：

package cn.zyzpp.jConsole;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        while (true){
            Thread.sleep(10000);
            //Byte[] bytes = new Byte[1024];
            //bytes = null;
            //System.gc();
            System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss").format(new Date()));
        }
    }
}

1.1 jps命令

命令jps用於列出java進程，直接運行jps不加任何參數，可以列出Java程序的進程ID以及Main函數等名稱。

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從這個輸出中可以看到，當前系統中共存在4個Java應用程序，其中第一個輸出jps就是jps命令本身，這個更加證明此命令本質也是一個Java程序。此外，jps還提供了一系列參數來控制它的輸出內容。

參數-q指定jps只輸出進程ID，而不輸出類的短名稱：

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參數-m用於輸出傳遞給Java進程（主函數）的參數：

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參數 -l用於輸出主函數的完整路徑：

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參數 -v可以顯示傳遞給JVM的參數：

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1.2 jstat命令

jstat是一個可以用於觀察Java應用程序運行時信息的工具。它的功能非常強大，可以通過它，查看堆信息的詳細使用情況。它的基本使用語法為：

jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval>] [<count>]

選項option可以由以下值構成：

  • -class：顯示ClassLoader的相關信息。
  • -compiler：顯示JIT編譯的相關信息。
  • -gc：顯示與GC相關的堆信息。
  • -gccapacity：顯示各個代的容量及使用情況。
  • -gccause：顯示垃圾收集相關信息（同-gcutil），同時顯示最後一次或當前正在發生的垃圾收集的誘發原因。
  • -gcnew：顯示新生代信息。
  • -gcnewcapacity：顯示新生代大小與使用情況。
  • -gcold：顯示老年代與永久代的信息。
  • -gcoldcapacity：顯示老年代的大小。
  • -gcmetacapacity：顯示元空間的大小。（在java8之前是使用-gcpermcapacity顯示永久代的大小）
  • -gcutil：顯示垃圾收集信息。
  • -printcompilation：輸出JIT編譯的方法信息。

以上選項可以輸入 jstat -options 查看。

-t 參數可以在輸出信息前加一個 Timestamp 列，顯示程序的運行時間。

-h 參數可以在周期性數據輸出時，輸出多少行數據後，跟著輸出一個表頭信息。

vmid 參數就是Java進程id。

interval 參數用於指定輸出統計數據的周期，單位為毫秒。

count 用於指定一共輸出多少次數據。

示例

1.2.1 -classs

輸出java進程13516的ClassLoader相關信息。每秒鐘統計一次信息，一共輸出2次：

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在-class的輸出中，Loaded 表示載入了類的數量，Bytes表示載入類的合計大小，Unloaded 表示卸載類的數量，第2個Bytes表示卸載類的大小，Time表示在加載和卸載類上所花的時間。

1.2.2 -compiler

下例顯示了查看JIT編譯的信息：

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Compiled 表示編譯任務執行的次數，Failed表示編譯失敗的次數，Invalid 表示編譯不可用的次數，Time 表示編譯後的總耗時，FailedType 表示最後一次編譯失敗的類型，FailedMethod 表示最後一次編譯失敗的類名和方法名。

1.2.3 -gc

下例顯示了與GC相關的堆信息的輸出：

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各項參數的含義如下：

  • S0C：s0（from）的大小（KB）。
  • S1C：s1（from）的大小（KB）。
  • S0U：s0（from）已使用的空間（KB）。
  • S1U：s1(from)已經使用的空間(KB)
  • EC：eden區的大小(KB)
  • EU：eden區已經使用的空間(KB)
  • OC：老年代大小(KB)
  • OU：老年代已經使用的空間(KB)
  • MC：元空間的大小（Metaspace）（字節）
  • MU：元空間已使用大小（字節）
  • CCSC：壓縮類空間大小（compressed class space）（字節）
  • CCSU：壓縮類空間已使用大小
  • YGC：新生代gc次數
  • YGCT：新生代gc耗時
  • FGC：Full gc次數
  • FGCT：Full gc耗時
  • GCT：gc總耗時

1.2.4 -gccapacity

下例顯示了各個代的信息，與-gc相比，它不僅輸出了各個代的當前大小，也包含了各個代的最大值和最小值。

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各參數含義：

  • NGCMN：新生代最小（初始化）容量（字節）
  • NGCMX：新生代最大容量（字節）
  • NGC：當前新生代容量（字節）
  • OGCMN：老年代最小容量（字節）
  • OGCMX：老年代最大容量（字節）
  • MCMN：metaspace(元空間)中初始化(最小)的大小 (字節)
  • MCMX ：metaspace(元空間)的最大容量 (字節)
  • CCSMN：最小壓縮類空間大小（字節）
  • CCSMX：最大壓縮類空間大小（字節）

1.2.5 -gccause

下列顯示了最近一次GC的原因以及當前GC的原因：

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各項參數如下：

  • LGCC：上次GC的原因。
  • GCC：當前GC的原因。

1.2.6 -gcnew

-gcnew 參數用於查看新生代的一些詳細信息：

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各項參數的含義如下：

  • TT：新生代對象晉升到老年代對象的年齡。
  • MTT：新生代對象晉升到老年代對象的年齡最大值。
  • DSS：所需的survivor區大小。

1.2.7 -gcnewcapacity

-gcnewcapacity 參數可以詳細輸出新生代各個區的大小信息：

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各項參數的含義如下：

  • S0CMX：s0區的最大值（KB）。
  • S1CMX：s1區的最大值（KB）。
  • ECMX：eden區的最大值（KB）。

1.2.8 -gcold

-gcold 可以用於展現老年代GC的概況。

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1.2.9 -gcoldcapacity

-gcoldcapacity 用於展現老年代的容量信息：

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1.2.10 -gcmetacapacity與-gcpermcapacity

-gcpermcapacity 用於展示永久區的使用情況，但是在Java8環境下使用會報錯找不到。因為java8的永久區被元空間取而代之。所以要使用 -gcmetacapacity：

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1.2.11 -gcutil

-gcutil 用於展示GC回收相關信息：

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各項參數如下：

  • S0：s0區使用的百分比。
  • S1：s1區使用的百分比。
  • E：eden 區使用的百分比。
  • O：old區使用的百分比。
  • M：元空間使用的百分比。
  • CCS：壓縮類空間使用的百分比。

1.3 jinfo命令

jinfo 可以用來查看正在運行的Java運行程序的擴展參數，甚至支持在運行時修改部分參數。它的基本語法為：

jinfo <option> <pid>

其中option可以為以下信息：

  • -flag: 打印指定java虛擬機的參數值。
  • -flag [+|-]< name >：設置或取消指定java虛擬機參數的布爾值。
  • -flag < name >=< value >：設置指定java虛擬機的參數的值。
    在很多情況下，Java應用程序不會指定所有的JVM參數。而此時，開發人員可能不知道某一個具體的JVM參數的默認值。有了 jinfo 工具，開發人員可以很方便地找到JVM參數的當前值。

1）下例顯示了新生代對象晉升到老年代對象的最大年齡。在應用程序運行時並沒有指定這個參數，但是通過jinfo，可以查看這個參數的當前的值。

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2）顯示是否打印GC詳細信息。

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3）修改部分參數的值，下面是對PrintGCDetails參數的修改。

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1.4 jmap命令

jmap 可以生成Java應用程序的堆快照和對象的統計信息。基本語法為：

jmap [option] vmid

option 選項如下：

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下例使用jmap生成PID為9440的Java應用程序的對象統計信息，並輸入到 s.txt 文件中。

jmap -histo 9440 >c:\s.txt

輸出文件有如下結構：

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可以看到，這個輸出顯示了內存中的實例數量和合計。

另一個更為重要的功能是得到Java程序的當前堆快照：

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本例中，將應用程序的堆快照輸出到E盤的heap.bin文件中。之後，可以通過多種工具分析文件。比如，下文中提到的jhat工具。也可以使用 Visual VM工具打開這個快照文件。

1.5 jhat命令

使用 jhat 工具可以用於分析Java應用程序的堆快照內容。以前文中jmap的輸出對文件 heap.hprof 為例：

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jhat 在分析完成後，使用HTTP服務器展示其分析結果。在瀏覽器中訪問http://localhost:7000/，結果如圖所示。

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在默認頁中，jhat 服務器顯示了所有的非平臺類信息。單擊鏈接進入，可以查看選中類的超類、ClassLoader 以及該類的實例等信息。此外，在頁面底部，jhat還為開發人員提供了其他查詢方式（Other Queries）。

通過這些鏈接，開發者可以進一步查看所有類信息（包括Java平臺的類）。所有類的實例數量以及實例的具體信息。最後，還有一個鏈接指向OQL查詢界面。

圖中顯示了在jhat中，查看Java應用程序裏java.lang.String類的實例數量：

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單擊 instances 鏈接可以進一步查看 String 對象的實例，如圖所示：

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通常，導出的堆快照信息可以非常大，由於信息太多，可能很難通過頁面上簡單的鏈接索引找到想要的信息。為此，jhat還支持使用OQL語句對堆快照進行查詢。執行 OQL 語言的界面非常簡潔，如圖所示。使用OQL查詢出當前Java程序中所有java.io.File對象的路徑。OQL如下：

select file.path.value.toString() from java.io.File file

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1.6 jstack命令

jstack 可用於導出Java應用程序的線程堆棧。語法為：

jstack [-l] <pid>

-l選項用於打印鎖的附加信息。

jstack 工具會在控制臺輸出程序中所有的鎖信息，可以使用重定向將輸出保存到文件，如：

jstat -l 16196 >e\deadlock.txt

通過 jstack 工具不僅可以得到線程堆棧，它還能自動進行死鎖檢查，輸出找到的死鎖信息。

1.7 jstatd命令

之前所述的工具中，只涉及到監控本機的Java應用程序。而在這些工具中，一些監控工具也支持對遠程計算機的監控（如：jps、jstat）。為了啟用遠程監控，則需要配合使用jstatd工具。

命令jstatd是一個RMI服務端程序，它的作用相當於代理服務器，建立本地計算機與遠程監控工具的通信。jstatd服務器將本機的Java應用程序信息傳遞到遠程計算機。

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直接打開jstatd服務器可能會拋出訪問拒絕異常：

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這是由於jstatd程序沒有足夠的權限所致，可以使用Java的安全策略，為其分配相應的權限，下面代碼為jststd分配了最大的權限，將其保存在jstatd.all.policy文件中：

grant codebase "file:${java.home}/../lib/tools.jar" {
permission java.security.AllPermission;
};

然後，使用以下命令再次開啟jstatd服務器：

 jstatd -J-Djava.security.policy=c:\jstatd.all.policy

服務器即可開啟成功。

-J參數是一個公共的參數，如jps、jstat等命令都可以接受這個參數。由於jsp、jstat命令本身也是Java應用程序，-J參數可以為jps等命令本身設置其JVM參數。

默認情況下，jstatd 將在1099端口開啟RMI服務器：

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使用jps命令顯示遠程計算機的Java進程：

jps localhost:1099

使用jstat命令顯示遠程進程460的GC情況：

jstat -gcutil 460@localhost:1099

1.8 hprof工具

hprof不是獨立的監控工具，它只是一個Java agent工具，它可以用於監控Java應用程序在運行時的CPU信息和堆信息。使用 java -agentlib:hprof=help 命令可以查看hprof 的幫助文檔。下面是 hropf 工具幫助信息的輸出：

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使用hprof工具可以查看程序中各個函數的CPU占用時間。以下代碼包含3個方法，分別占用不同的CPU時間：

public class HProfTest {
    public void slowMethod(){
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void slowerMethod(){
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void fastMethod(){
        try {
            Thread.yield();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        HProfTest hProfTest = new HProfTest();
        hProfTest.fastMethod();
        hProfTest.slowMethod();
        hProfTest.slowerMethod();
    }
}

使用參數-agentlib:hprof=cpu=times,interval=10運行以上代碼。times選項將會在Java函數的調用前後記錄函數的執行時間，進而計算函數的執行時間。hprof=cpu是針對cpu統計時間。interval=10 采樣10次。程序運行後會發現多了一個文本文件java.hprof.txt，打開後查看部分輸出如下，可以很容易看到運行時間最長的函數：

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使用參數-agentlib:hprof=heap=dump,format=b,file=e:\core.hprof 運行程序，可以將應用程序的堆快照保存在指定文件 e:\core.hprof 中。使用MAT或者Visual VM等工具可以拆這個堆文件。

使用參數 -agentlib:hprof=heap=sites 運行程序，可以輸出Java應用程序中各個類所占的內存百分比，部分輸出如下：

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2.JConsole工具

?JConsole（Java Monitoring and ManagementConsole）工具時JDK自帶的圖形化性能監控工具。通過JConsole工具，可以查看Java應用程序的運行概況，監控堆信息、永久區使用情況、類加載情況等。本節主要介紹JConsole工具的基本使用方法。

2.1 JConsole連接Java程序

JConsole 程序在%JAVA_HOME%/bin目錄下，雙擊啟動後，程序便要求指定連接Java應用程序，如圖所示。

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在羅列的本地Java應用程序選擇PID為15908的程序，連接。

如果需要使用JConsole連接遠程進程，則需要在遠程Java應用程序啟動時，加上如下參數：

-Djava.rmi.server.hostname=127.0.0.1       #遠程服務器的ip地址
-Dcom.sun.management.jmxremote
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8888   #指定jmx監聽的端口
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false  #是否開啟認證
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false   #是否開啟ssl

基於以上配置啟動的Java應用程序，通過JConsole在遠程連接時，只需要填寫如下遠程進程即可：

127.0.0.1:8888

2.2 Java程序概況

在連接上Java應用程序後，便可以查看應用程序概況。

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2.3 內存監控

切換到內存監控頁面，JConsole 可以顯示當前內存的詳細信息。這不僅是包括堆內存的整體信息，更細化到eden區、survivior 區、老年代的使用情況。同時，也包括非堆區，即永久代的使用情況，如圖所示，單機界面右上角的“執行GC”按鈕，可以強制應用程序進行一次Full GC。

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2.4 線程監控

JConsole 中的線程選項卡允許開發人員監控程序內的線程，如圖所示。JConsole 顯示了系統內的線程數量，並在屏幕下方，顯示了程序中所有的線程。單擊線程名稱，便可以查看線程的棧信息。

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使用最下方的“監測死鎖”按鈕。還可以自動監測多線程應用程序的死鎖情況。

2.5 類加載情況

JConsole的類頁面如圖所示，顯示了系統以及裝載的類數量。在詳細信息欄中，還顯示了已卸載的類數量。

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2.6 虛擬機信息

在VM摘要頁面，JConsole 顯示了當前應用程序的運行環境。包括虛擬機類型、版本、堆信息以及虛擬機參數等。

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2.7 MBean管理

MBean頁面允許通過JConsole進行MBean的管理，包括查看或者設置MBean的屬性、運行MBean的方法等。下圖是MBean的管理界面，這裏選中了Memory的Verbose屬性。通過修改Verbose的屬性值，可以在程序運行時動態打開或者關閉GC的輸出信息。

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MBean種類繁多。主要的操作如下：

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2.8 使用插件

除了基本功能之外，JConsole還支持插件擴展。在JDK的安裝目錄下，就有一個自帶的JConsole插件。使用以下命令可以讓JConsole加載插件並啟動：

jconsole -pluginpath C:\Java\jdk1.6.0_22\demo\management\JTop\JTop.jar

JConsole啟動後，連接到任意Java應用程序，便可以進入JTop頁面。

參考

《Java程序性能優化》葛一鳴著

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