JVM虛擬機器效能監控與調優（JDK命令列、JConsole）

阿新 • • 發佈：2018-11-10

很多資料在介紹JDK命令列工具時並不是在Java8環境下，因此還在使用過時的永久區系列的引數，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物件中的_klass指標的大小，引入了類指標壓縮空間（Compressed Class Pointer Space）。關於這點，可以參考部落格https://blog.csdn.net/liang0000zai/article/details/51168095。

1. JDK命令列工具

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：

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

以jps工具為例，在控制檯執行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式，方便測試。示例程式碼：

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程序，直接執行jps不加任何引數，可以列出Java程式的程序ID以及Main函式等名稱。

從這個輸出中可以看到，當前系統中共存在4個Java應用程式，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程式。此外，jps還提供了一系列引數來控制它的輸出內容。

引數-q指定jps只輸出程序ID，而不輸出類的短名稱：

引數-m用於輸出傳遞給Java程序（主函式）的引數：

引數 -l用於輸出主函式的完整路徑：

引數 -v可以顯示傳遞給JVM的引數：

1.2 jstat命令

jstat是一個可以用於觀察Java應用程式執行時資訊的工具。它的功能非常強大，可以通過它，檢視堆資訊的詳細使用情況。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的相關資訊。
-compiler：顯示JIT編譯的相關資訊。
-gc：顯示與GC相關的堆資訊。
-gccapacity：顯示各個代的容量及使用情況。
-gccause：顯示垃圾收集相關資訊（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：顯示新生代資訊。
-gcnewcapacity：顯示新生代大小與使用情況。
-gcold：顯示老年代與永久代的資訊。
-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：顯示垃圾收集資訊。
-printcompilation：輸出JIT編譯的方法資訊。

以上選項可以輸入 jstat -options 檢視。

-t 引數可以在輸出資訊前加一個 Timestamp 列，顯示程式的執行時間。

-h 引數可以在週期性資料輸出時，輸出多少行資料後，跟著輸出一個表頭資訊。

vmid 引數就是Java程序id。

interval 引數用於指定輸出統計資料的週期，單位為毫秒。

count 用於指定一共輸出多少次資料。

示例

1.2.1 -classs

輸出java程序13516的ClassLoader相關資訊。每秒鐘統計一次資訊，一共輸出2次：

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 表示解除安裝類的數量，第2個Bytes表示解除安裝類的大小，Time表示在載入和解除安裝類上所花的時間。

1.2.2 -compiler

下例顯示了檢視JIT編譯的資訊：

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型別，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相關的堆資訊的輸出：

各項引數的含義如下：

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）（位元組）
MU：元空間已使用大小（位元組）
CCSC：壓縮類空間大小（compressed class space）（位元組）
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資訊，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。

各引數含義：

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

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：

各項引數如下：

LGCC：上次GC的原因。
GCC：當前GC的原因。

1.2.6 -gcnew

-gcnew 引數用於檢視新生代的一些詳細資訊：

各項引數的含義如下：

TT：新生代物件晉升到老年代物件的年齡。
MTT：新生代物件晉升到老年代物件的年齡最大值。
DSS：所需的survivor區大小。

1.2.7 -gcnewcapacity

-gcnewcapacity 引數可以詳細輸出新生代各個區的大小資訊：

各項引數的含義如下：

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。

1.2.9 -gcoldcapacity

-gcoldcapacity 用於展現老年代的容量資訊：

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：

1.2.11 -gcutil

-gcutil 用於展示GC回收相關資訊：

各項引數如下：

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 可以用來檢視正在執行的Java執行程式的擴充套件引數，甚至支援在執行時修改部分引數。它的基本語法為：

jinfo <option> <pid>

其中option可以為以下資訊：

-flag : 列印指定java虛擬機器的引數值。
-flag [+|-]< name >：設定或取消指定java虛擬機器引數的布林值。
-flag < name >=< value >：設定指定java虛擬機器的引數的值。
在很多情況下，Java應用程式不會指定所有的JVM引數。而此時，開發人員可能不知道某一個具體的JVM引數的預設值。有了 jinfo 工具，開發人員可以很方便地找到JVM引數的當前值。

1）下例顯示了新生代物件晉升到老年代物件的最大年齡。在應用程式執行時並沒有指定這個引數，但是通過jinfo，可以檢視這個引數的當前的值。

2）顯示是否列印GC詳細資訊。

3）修改部分引數的值，下面是對PrintGCDetails引數的修改。

1.4 jmap命令

jmap 可以生成Java應用程式的堆快照和物件的統計資訊。基本語法為：

jmap [option] vmid

option 選項如下：

下例使用jmap生成PID為9440的Java應用程式的物件統計資訊，並輸入到 s.txt 檔案中。

jmap -histo 9440 >c:\s.txt

輸出檔案有如下結構：

可以看到，這個輸出顯示了記憶體中的例項數量和合計。

另一個更為重要的功能是得到Java程式的當前堆快照：

本例中，將應用程式的堆快照輸出到E盤的heap.bin檔案中。之後，可以通過多種工具分析檔案。比如，下文中提到的jhat工具。也可以使用 Visual VM工具開啟這個快照檔案。

1.5 jhat命令

使用 jhat 工具可以用於分析Java應用程式的堆快照內容。以前文中jmap的輸出對檔案 heap.hprof 為例：

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

在預設頁中，jhat 伺服器顯示了所有的非平臺類資訊。單擊連結進入，可以檢視選中類的超類、ClassLoader 以及該類的例項等資訊。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）。

通過這些連結，開發者可以進一步檢視所有類資訊（包括Java平臺的類）。所有類的例項數量以及例項的具體資訊。最後，還有一個連結指向OQL查詢介面。

圖中顯示了在jhat中，檢視Java應用程式裡java.lang.String類的例項數量：

單擊 instances 連結可以進一步檢視 String 物件的例項，如圖所示：

通常，匯出的堆快照資訊可以非常大，由於資訊太多，可能很難通過頁面上簡單的連結索引找到想要的資訊。為此，jhat還支援使用OQL語句對堆快照進行查詢。執行 OQL 語言的介面非常簡潔，如圖所示。使用OQL查詢出當前Java程式中所有java.io.File物件的路徑。OQL如下：

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

1.6 jstack命令

jstack 可用於匯出Java應用程式的執行緒堆疊。語法為：

jstack [-l] <pid>

-l選項用於列印鎖的附加資訊。

jstack 工具會在控制檯輸出程式中所有的鎖資訊，可以使用重定向將輸出儲存到檔案，如：

jstat -l 16196 >e\deadlock.txt

通過 jstack 工具不僅可以得到執行緒堆疊，它還能自動進行死鎖檢查，輸出找到的死鎖資訊。

1.7 jstatd命令

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

命令jstatd是一個RMI服務端程式，它的作用相當於代理伺服器，建立本地計算機與遠端監控工具的通訊。jstatd伺服器將本機的Java應用程式資訊傳遞到遠端計算機。

直接開啟jstatd伺服器可能會丟擲訪問拒絕異常：

這是由於jstatd程式沒有足夠的許可權所致，可以使用Java的安全策略，為其分配相應的許可權，下面程式碼為jststd分配了最大的許可權，將其儲存在jstatd.all.policy檔案中：

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伺服器：

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

伺服器即可開啟成功。

-J引數是一個公共的引數，如jps、jstat等命令都可以接受這個引數。由於jsp、jstat命令本身也是Java應用程式，-J引數可以為jps等命令本身設定其JVM引數。

預設情況下，jstatd 將在1099埠開啟RMI伺服器：

使用jps命令顯示遠端計算機的Java程序：

jps localhost:1099

使用jstat命令顯示遠端程序460的GC情況：

jstat -gcutil [email protected]: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應用程式在執行時的CPU資訊和堆資訊。使用 java -agentlib:hprof=help 命令可以檢視hprof 的幫助文件。下面是 hropf 工具幫助資訊的輸出：

使用hprof工具可以檢視程式中各個函式的CPU佔用時間。以下程式碼包含3個方法，分別佔用不同的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();
    }
}

使用引數-agentlib:hprof=cpu=times,interval=10執行以上程式碼。times選項將會在Java函式的呼叫前後記錄函式的執行時間，進而計算函式的執行時間。hprof=cpu是針對cpu統計時間。interval=10 取樣10次。程式執行後會發現多了一個文字檔案java.hprof.txt，開啟後檢視部分輸出如下，可以很容易看到執行時間最長的函式：

使用引數-agentlib:hprof=heap=dump,format=b,file=e:\core.hprof 執行程式，可以將應用程式的堆快照儲存在指定檔案 e:\core.hprof 中。使用MAT或者Visual VM等工具可以拆這個堆檔案。

使用引數 -agentlib:hprof=heap=sites 執行程式，可以輸出Java應用程式中各個類所佔的記憶體百分比，部分輸出如下：

2.JConsole工具

JConsole（Java Monitoring and ManagementConsole）工具時JDK自帶的圖形化效能監控工具。通過JConsole工具，可以檢視Java應用程式的執行概況，監控堆資訊、永久區使用情況、類載入情況等。本節主要介紹JConsole工具的基本使用方法。

2.1 JConsole連線Java程式

JConsole 程式在%JAVA_HOME%/bin目錄下，雙擊啟動後，程式便要求指定連線Java應用程式，如圖所示。

在羅列的本地Java應用程式選擇PID為15908的程式，連線。

如果需要使用JConsole連線遠端程序，則需要在遠端Java應用程式啟動時，加上如下引數：

-Djava.rmi.server.hostname=127.0.0.1       #遠端伺服器的ip地址
-Dcom.sun.management.jmxremote
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8888   #指定jmx監聽的埠
-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應用程式，通過JConsole在遠端連線時，只需要填寫如下遠端程序即可：

127.0.0.1:8888

2.2 Java程式概況

在連線上Java應用程式後，便可以檢視應用程式概況。

2.3 記憶體監控

切換到記憶體監控頁面，JConsole 可以顯示當前記憶體的詳細資訊。這不僅是包括堆記憶體的整體資訊，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，單機介面右上角的“執行GC”按鈕，可以強制應用程式進行一次Full GC。

2.4 執行緒監控

JConsole 中的執行緒選項卡允許開發人員監控程式內的執行緒，如圖所示。JConsole 顯示了系統內的執行緒數量，並在螢幕下方，顯示了程式中所有的執行緒。單擊執行緒名稱，便可以檢視執行緒的棧資訊。

使用最下方的“監測死鎖”按鈕。還可以自動監測多執行緒應用程式的死鎖情況。

2.5 類載入情況

JConsole的類頁面如圖所示，顯示了系統以及裝載的類數量。在詳細資訊欄中，還顯示了已解除安裝的類數量。

2.6 虛擬機器資訊

在VM摘要頁面，JConsole 顯示了當前應用程式的執行環境。包括虛擬機器型別、版本、堆資訊以及虛擬機器引數等。

2.7 MBean管理

MBean頁面允許通過JConsole進行MBean的管理，包括檢視或者設定MBean的屬性、執行MBean的方法等。下圖是MBean的管理介面，這裡選中了Memory的Verbose屬性。通過修改Verbose的屬性值，可以在程式執行時動態開啟或者關閉GC的輸出資訊。

MBean種類繁多。主要的操作如下：

2.8 使用外掛

除了基本功能之外，JConsole還支援外掛擴充套件。在JDK的安裝目錄下，就有一個自帶的JConsole外掛。使用以下命令可以讓JConsole載入外掛並啟動：

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

JConsole啟動後，連線到任意Java應用程式，便可以進入JTop頁面。

參考

《Java程式效能優化》葛一鳴著

JVM虛擬機器效能監控與調優（JDK命令列、JConsole）

1. JDK命令列工具

1.1 jps命令

1.2 jstat命令

1.2.1 -classs

1.2.2 -compiler

1.2.3 -gc

1.2.4 -gccapacity

1.2.5 -gccause

1.2.6 -gcnew

1.2.7 -gcnewcapacity

1.2.8 -gcold

1.2.9 -gcoldcapacity

1.2.10 -gcmetacapacity與-gcpermcapacity

1.2.11 -gcutil

1.3 jinfo命令

1.4 jmap命令

1.5 jhat命令

1.6 jstack命令

1.7 jstatd命令

1.8 hprof工具

2.JConsole工具

2.1 JConsole連線Java程式

2.2 Java程式概況

2.3 記憶體監控

2.4 執行緒監控

2.5 類載入情況

2.6 虛擬機器資訊

2.7 MBean管理

2.8 使用外掛

參考

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