3.虛擬機器效能監控與故障處理工具

定位問題時，知識和經驗是關鍵基礎、資料（執行日誌、異常堆疊、GC日誌、執行緒快照、堆轉儲快照）是依據、工具是運用知識處理資料的手段。

思維導圖

JDK的命令列工具

jps: 虛擬機器程序狀況工具

jps（JVM Process Status Tool）：可以列出正在執行的虛擬機器程序，並顯示虛擬機器執行的主類（Main Class，main()函式所在的類）名稱以及這些程序的本地虛擬機器唯一 ID（Local Virtual Machine Identity，LVMID）。

jps 命令格式：jps [options] [hostid]

jstat：虛擬機器統計資訊監視工具

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）：監視虛擬機器各種執行狀態資訊，包括類裝載、記憶體、垃圾收集、JIT等；在沒有 GUI 圖形介面，是執行期間定位虛擬機器效能問題的首選工具。

jstat 命令格式：jstat [options] <vmid> [<interval> [<count>]]，其中引數 interval 和 count 表示查詢間隔和次數。而 options 表示使用者希望查詢的虛擬機器資訊，主要分為三類：類裝載，垃圾收集，執行期編譯狀況：

在 jdk 1.8 中，關於永久代的變成：-gcmetacapacity

MCMN:最小元資料容量，MCMX：最大元資料容量，MC：當前元資料空間大小，CCSMN：最小壓縮類空間大小，CCSMX：最大壓縮類空間大小，CCSC：當前壓縮類空間大小，YGC：年輕代垃圾回收次數，FGC：老年代垃圾回收次數，FGCT：老年代垃圾回收消耗時間，GCT：垃圾回收消耗總時間。

jstat 輸出樣例：

其中 S0 和 S1 指 Survivor0 區和 Survivor1區，E 即 Eden 區，O 指老年代，M 指 MetaSpace，元資料空間，CCS 是壓縮使用比例，YGC：年輕代垃圾回收次數，FGC：老年代垃圾回收次數，FGCT：老年代垃圾回收消耗時間，GCT：垃圾回收消耗總時間。

jinfo：Java 配置資訊工具

jinfo（Configuration Info for Java）：實時地檢視和調整虛擬機器各項引數。雖然 jps -v 可以檢視虛擬機器啟動時顯式指定的引數，但是無法檢視一些系統預設的引數。

jinfo 命令格式：jinfo [option] pid

執行樣例：查詢 CMSInitiatingOccupancyFraction 引數

jmap：Java 記憶體映像工具

jmap（Memory Map for Java）命令用於生成堆轉儲快照（一般稱為 heapdump 或 dump 檔案）。

其他可生成 heapdump 的方式：

• 使用引數 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError ，可以讓虛擬機器在 OOM 異常出現之後自動生成 dump 檔案
• 使用引數 -XX:+HeapDumpOnCtrlBreak 然後使用 Ctrl+Break 生成
• 在 Linux 系統中使用 kill -3 傳送程序退出訊號“嚇唬”虛擬機器，讓其生成 dump 檔案

jmap 還可以查詢 finalize 執行佇列、Java 堆和永久代的詳細資訊

jmap 命令格式：jmap [options] vmid

其中 options ：

jhat：虛擬機器堆轉儲快照分析工具

jhat（JVM Heap Analysis Tool）用於分析 jmap 生成的 heapdump。其內建了一個微型的 HTTP 伺服器，可以在瀏覽器檢視分析結果。

實際很少用 jhat，主要有兩個原因：

1. 分析工程會耗用伺服器資源
2. 功能相對 BisualVM、IBM HeapAnalyzer 較為簡陋

演示：

在瀏覽器鍵入 http://localhost:7000/ 就可以看到分析結果：

jstack：Java 堆疊跟蹤工具

jstack（Stack Trace for Java）命令可以用於生成虛擬機器當前時刻的執行緒快照（一般稱為 threaddump 或 javacore 檔案）。javacore 主要目的是定位執行緒出現長時間停頓的原因，比如死鎖、死迴圈、請求外部資源響應長等。另外 JDK 1.5 後 Thread 類新增了 getAllStackTraces() 方法，可以基於此自己增加管理頁面來分析。

jstack 命令格式：jstack [options] vmid ，其 options ：

樣例：

HSDIS：JIT 生成程式碼反彙編

現代虛擬機器的實現慢慢地和虛擬機器規範產生差距，如果要分析程式如果執行，最常見的就是通過軟體除錯工具（GDB、Windbg等）斷點除錯，但是對於 Java 來說，很多執行程式碼是通過 JIT 動態生成到 CodeBuffer 中的。

HSDIS 是官方推薦的 HotSpot 虛擬機器 JIT 編譯程式碼的反彙編工具，它包含在 HotSpot 虛擬機器的原始碼中，但沒有提供編譯後的程式，可以自己下載放到 JDK 的相關目錄裡。它作用是讓 HotSpot 的 -XX:+PrintAssembly 指令呼叫它來把動態生成的原生代碼還原為彙編程式碼輸出，同時還生成大量有價值的註釋。

螢幕出現如下所示內容：

JDK的視覺化工具

JConsole：Java監視與管理控制檯

JConsole（Java Monitoring and Management Console）是一種基於 JMX 的視覺化監控和管理工具，它管理部分的功能是針對 MBean 進行管理，由於 MBean 可以使用程式碼、中介軟體伺服器或者所有符合 JMX 規範的軟體進行訪問，因此這裡著重介紹 JConsole 的監控功能。

啟動 JConsole

通過 JDK/bin 目錄下的“jconsole.exe”啟動 JConsole，會自動搜尋本機所有虛擬機器程序：

雙擊選擇本地程序，進入主介面，包括“概述”、“記憶體”、“執行緒”、“類”、“VM 摘要”、“MBean”，6個頁面：

其中，概述顯示整個虛擬機器主要執行資料的概覽，包括堆記憶體使用情況，執行緒，類，CPU 使用情況，4種資訊的曲線圖。

記憶體監控

記憶體頁籤相當於視覺化的 jstat 命令，用於監視受收集器管理的虛擬機器記憶體的變化趨勢。

執行緒監控

執行緒頁籤相當於視覺化的 jstack 命令，遇到執行緒停頓時可以使用這個頁籤進行監控分析。

VisualVM：多合一故障處理工具

VIsualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）是目前為止JDK釋出的功能最強調的執行監控和故障處理程式，另外還支援效能分析，它還有一個很大的優點：不需要被監視的程式基於特殊 Agent 執行，因此對應用程式的實際效能影響很小，可直接應用在生成環境中。

VisualVM 是基於 NetBeans 平臺開發，具備外掛擴充套件功能的特性，基於外掛可以做到：

• 顯示虛擬機器程序以及程序配置、環境資訊（jps、jinfo）
• 監視應用程式的 CPU、GC、堆、方法區以及執行緒的資訊（jstat、jstack）
• dump 以及分析堆轉儲快照（jmap、jhat）
• 方法級的程式執行效能分析，找出被呼叫最多執行時間最長的方法
• 離執行緒序快照（收集執行時配置、執行緒 dump、記憶體 dump 等資訊建立快照）
• 其他 plugins 的無限可能

可以自動安裝外掛（也可手工安裝）：

VisualVM 功能：

• 可以生成瀏覽堆轉儲快照（摘要、類、例項標籤頁、OQL 控制檯）
• 分析程式效能（Profiler 頁籤可以錄製一段時間程式每個方法執行次數和耗時）
• BTrace 動態日誌跟蹤（不停止目標程式執行的前提下通過 HotSwap 技術動態加入除錯程式碼）

小結

本章介紹了隨 JDK 釋出的 6 個命令列工具以及 2 個視覺化的故障處理工具，靈活執行這些工具可以給問題處理帶來很多便利。

參考資料

• 周志明. 深入理解Java虛擬機器 : JVM高階特性與最佳實踐 : Understanding the JVM : advanced features and best practices[M]. 機械工業出版社, 2013.