Jvm：效能調優監控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof
現實企業級Java開發中，有時候我們會碰到下面這些問題：
- OutOfMemoryError，記憶體不足
- 記憶體洩露
- 執行緒死鎖
- 鎖爭用（Lock Contention）
- Java程序消耗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伺服器或者調大記憶體，而不會深究問題根源），但能夠理解並解決這些問題是Java程式設計師進階的必備要求。本文將對一些常用的JVM效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效能調優相關的資料，請參考文末。
A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)
jps主要用來輸出JVM中執行的程序狀態資訊。語法格式如下：
如果不指定hostid就預設為當前主機或伺服器。
命令列引數選項說明如下：
比如下面：
B、 jstack
jstack主要用來檢視某個Java程序內的執行緒堆疊資訊。語法格式如下：
命令列引數選項說明如下：
jstack可以定位到執行緒堆疊，根據堆疊資訊我們可以定位到具體程式碼，所以它在JVM效能調優中使用得非常多。下面我們來一個例項找出某個Java程序中最耗費CPU的Java執行緒並定位堆疊資訊，用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。
第一步先找出Java程序ID，我部署在伺服器上的Java應用名稱為mrf-center：
得到程序ID為21711，第二步找出該程序內最耗費CPU的執行緒，可以使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid，我這裡用第三個，輸出如下：
TIME列就是各個Java執行緒耗費的CPU時間，CPU時間最長的是執行緒ID為21742的執行緒，用
得到21742的十六進位制值為54ee，下面會用到。
OK，下一步終於輪到jstack上場了，它用來輸出程序21711的堆疊資訊，然後根據執行緒ID的十六進位制值grep，如下：
可以看到CPU消耗在PollIntervalRetrySchedulerThread這個類的Object.wait()，我找了下我的程式碼，定位到下面的程式碼：
// Idle wait
getLog().info("Thread [" + getName() + "] is idle waiting...");
schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;
long now = System.currentTimeMillis();
long waitTime = now + getIdleWaitTime();
long timeUntilContinue = waitTime - now;
synchronized(sigLock) {
try {
if(!halted.get()) {
sigLock.wait(timeUntilContinue);
}
}
catch (InterruptedException ignore) {
}
}
它是輪詢任務的空閒等待程式碼，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用來檢視堆記憶體使用狀況，一般結合jhat使用。
jmap語法格式如下：
如果執行在64位JVM上，可能需要指定-J-d64命令選項引數。
列印程序的類載入器和類載入器載入的持久代物件資訊，輸出：類載入器名稱、物件是否存活（不可靠）、物件地址、父類載入器、已載入的類大小等資訊，如下圖：
使用jmap -heap pid檢視程序堆記憶體使用情況，包括使用的GC演算法、堆配置引數和各代中堆記憶體使用情況。比如下面的例子：
[email protected]:/# jmap -heap 21711 Attaching to process ID 21711, please wait... Debugger attached successfully. Server compiler detected. JVM version is 20.10-b01 using thread-local object allocation. Parallel GC with 4 thread(s) Heap Configuration: MinHeapFreeRatio = 40 MaxHeapFreeRatio = 70 MaxHeapSize = 2067791872 (1972.0MB) NewSize = 1310720 (1.25MB) MaxNewSize = 17592186044415 MB OldSize = 5439488 (5.1875MB) NewRatio = 2 SurvivorRatio = 8 PermSize = 21757952 (20.75MB) MaxPermSize = 85983232 (82.0MB) Heap Usage: PS Young Generation Eden Space: capacity = 6422528 (6.125MB) used = 5445552 (5.1932830810546875MB) free = 976976 (0.9317169189453125MB) 84.78829520089286% used From Space: capacity = 131072 (0.125MB) used = 98304 (0.09375MB) free = 32768 (0.03125MB) 75.0% used To Space: capacity = 131072 (0.125MB) used = 0 (0.0MB) free = 131072 (0.125MB) 0.0% used PS Old Generation capacity = 35258368 (33.625MB) used = 4119544 (3.9287033081054688MB) free = 31138824 (29.69629669189453MB) 11.683876009235595% used PS Perm Generation capacity = 52428800 (50.0MB) used = 26075168 (24.867218017578125MB) free = 26353632 (25.132781982421875MB) 49.73443603515625% used ....
使用jmap -histo[:live] pid檢視堆記憶體中的物件數目、大小統計直方圖，如果帶上live則只統計活物件，如下：
[email protected]:/# jmap -histo:live 21711 | more num #instances #bytes class name ---------------------------------------------- 1: 38445 5597736 <constMethodKlass> 2: 38445 5237288 <methodKlass> 3: 3500 3749504 <constantPoolKlass> 4: 60858 3242600 <symbolKlass> 5: 3500 2715264 <instanceKlassKlass> 6: 2796 2131424 <constantPoolCacheKlass> 7: 5543 1317400 [I 8: 13714 1010768 [C 9: 4752 1003344 [B 10: 1225 639656 <methodDataKlass> 11: 14194 454208 java.lang.String 12: 3809 396136 java.lang.Class 13: 4979 311952 [S 14: 5598 287064 [[I 15: 3028 266464 java.lang.reflect.Method 16: 280 163520 <objArrayKlassKlass> 17: 4355 139360 java.util.HashMap$Entry 18: 1869 138568 [Ljava.util.HashMap$Entry; 19: 2443 97720 java.util.LinkedHashMap$Entry 20: 2072 82880 java.lang.ref.SoftReference 21: 1807 71528 [Ljava.lang.Object; 22: 2206 70592 java.lang.ref.WeakReference 23: 934 52304 java.util.LinkedHashMap 24: 871 48776 java.beans.MethodDescriptor 25: 1442 46144 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry 26: 804 38592 java.util.HashMap 27: 948 37920 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment 28: 1621 35696 [Ljava.lang.Class; 29: 1313 34880 [Ljava.lang.String; 30: 1396 33504 java.util.LinkedList$Entry 31: 462 33264 java.lang.reflect.Field 32: 1024 32768 java.util.Hashtable$Entry 33: 948 31440 [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry;
class name是物件型別，說明如下：
B byte C char D double F float I int J long Z boolean [ 陣列，如[I表示int[] [L+類名 其他物件
還有一個很常用的情況是：用jmap把程序記憶體使用情況dump到檔案中，再用jhat分析檢視。jmap進行dump命令格式如下：
我一樣地對上面程序ID為21711進行Dump：
dump出來的檔案可以用MAT、VisualVM等工具檢視，這裡用jhat檢視：
[email protected]:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.dat Reading from /tmp/dump.dat... Dump file created Tue Jan 28 17:46:14 CST 2014 Snapshot read, resolving... Resolving 132207 objects... Chasing references, expect 26 dots.......................... Eliminating duplicate references.......................... Snapshot resolved. Started HTTP server on port 9998 Server is ready
注意如果Dump檔案太大，可能需要加上-J-Xmx512m這種引數指定最大堆記憶體，即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。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，最後一項支援OQL（物件查詢語言）。
D、jstat（JVM統計監測工具）
語法格式如下：
vmid是Java虛擬機器ID，在Linux/Unix系統上一般就是程序ID。interval是取樣時間間隔。count是取樣數目。比如下面輸出的是GC資訊，取樣時間間隔為250ms，取樣數為4：
[email protected]:/# jstat -gc 21711 250 4 S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU PC PU YGC YGCT FGC FGCT GCT 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 0.649 192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 192.0 192.0 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堆記憶體佈局：
可以看出：
現在來解釋各列含義：
E、hprof（Heap/CPU Profiling Tool）
hprof能夠展現CPU使用率，統計堆記憶體使用情況。
語法格式如下：
完整的命令選項如下：
Option Name and Value Description Default --------------------- ----------- ------- heap=dump|sites|all heap profiling all cpu=samples|times|old CPU usage off monitor=y|n monitor contention n format=a|b text(txt) or binary output a file=<file> write data to file java.hprof[.txt] net=<host>:<port> send data over a socket off depth=<size> stack trace depth 4 interval=<ms> sample interval in ms 10 cutoff=<value> output cutoff point 0.0001 lineno=y|n line number in traces? y thread=y|n thread in traces? n doe=y|n dump on exit? y msa=y|n Solaris micro state accounting n force=y|n force output to <file> y verbose=y|n print messages about dumps y
來幾個官方指南上的例項。
CPU Usage Sampling Profiling(cpu=samples)的例子：
上面每隔20毫秒取樣CPU消耗資訊，堆疊深度為3，生成的profile檔名稱是java.hprof.txt，在當前目錄。
CPU Usage Times Profiling(cpu=times)的例子，它相對於CPU Usage Sampling Profile能夠獲得更加細粒度的CPU消耗資訊，能夠細到每個方法呼叫的開始和結束，它的實現使用了位元組碼注入技術（BCI）：
Heap Allocation Profiling(heap=sites)的例子：
Heap Dump(heap=dump)的例子，它比上面的Heap Allocation Profiling能生成更詳細的Heap Dump資訊：
雖然在JVM啟動引數中加入-Xrunprof:heap=sites引數可以生成CPU/Heap Profile檔案，但對JVM效能影響非常大，不建議在線上伺服器環境使用。