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JVM效能監控和調優

阿新 • • 發佈：2019-01-08
參考：http://www.cnblogs.com/java-zhao/category/776216.html(萬分感謝，學了好多東西)

1. JVM效能監控

1、定位系統問題

  • 依據
    • GC日誌
    • 堆轉儲快照（heapdump/hprof檔案）
    • 執行緒快照（threaddump/javacore檔案）
    • 執行日誌
    • 異常堆疊
  • 分析依據的工具
    • jps：顯示指定系統內的所有JVM程序
    • jstat：收集JVM各方面的執行資料
    • jinfo：顯示JVM配置資訊
    • jmap：形成堆轉儲快照（heapdump檔案）
    • jhat：分析heapdump檔案
    • jstack：顯示JVM的執行緒快照
    • jconsole
    • visualVM

說明：後邊兩種是具有圖形化介面的。

2、jps（是其他所有命令的基礎）

作用：列出所有的JVM虛擬機器程序。

格式：jps -l

3、jstat（是沒有GUI介面的情況下，在執行期定位JVM效能問題的首選）

作用：檢視gc資料和類載入解除安裝資料

格式：jstat option PID interval count

意義：每隔interval毫秒做一次option，一共做count次

說明：S0(from區)使用了41.74%；S1(to區)使用了0；E(Eden區)使用了54.35%；O(Old，年老代)使用了62.41%；P(Perment，永久代)使用了99.63%；YGC(Young GC)了32次，YGCT(Young GC Time)花銷0.132秒；FGC(Full GC)了1次，FGCT(Full GC Time)花銷0.102秒；GCT(GC Time)總花銷0.234秒。

分析：其實上邊這個查詢結果可以直接看出，我們需要加大P（永久代大小）

說明：載入了3683個類，總共佔有4355.3位元組；解除安裝了0個類，解除安裝的類的位元組數為0，類的載入與解除安裝共花銷3.16秒

4、jinfo

作用：檢視和執行期修改JVM的配置引數

格式：jinfo -flag parameter PID

說明：檢視3732程序下的MaxTenuringThreshold引數值。

說明：修改3732程序下的MaxTenuringThreshold引數值，但是windows下失敗。

5、jmap

作用：生成堆轉儲快照和檢視最佔記憶體的元素，用於分析記憶體洩露問題

格式（生成堆轉儲快照）：jmap -dump:format=b,file=檔名 PID

說明：生成了3732程序的堆轉儲檔案myfile

格式（檢視最佔記憶體的元素）：jmap -histo PID

說明：結果自己去看，太多了

6、jhat

作用：分析堆轉儲快照（與jmap配合）

格式：jhat 檔名

說明：執行上述命令後，開啟localhost:7000，找到如下紅框部分開啟，這裡才是我們最關注的東西。

注意：該工具是萬不得已才用的。

推出命令使用"ctrl+c"

7、jstack

作用：生成執行緒快照，定位執行緒長時間卡頓的原因（執行緒間死鎖、死迴圈、請求外部資源導致的長時間等待）

格式：jstack -l PID

說明：檢視3732程序中的所有執行緒的堆疊資訊

《深入理解Java虛擬機器》的作者提供了一個工具jsp頁面，使得我們可以在程式執行時，隨時執行該jsp頁面，來檢視執行緒堆疊資訊，程式碼如下：

複製程式碼 
 1 <%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
 2     pageEncoding="UTF-8" import="java.util.Map"%>
 3 <!DOCTYPE html>
 4 <html>
 5 <head>
 6 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
 7 <title>jstack</title>
 8 </head>
 9 <body>
10 <% 
11     for(Map.Entry<Thread, StackTraceElement[]> stackTrace : Thread.getAllStackTraces().entrySet()){
12         Thread thread = (Thread)stackTrace.getKey();
13         StackTraceElement[] elements = (StackTraceElement[])stackTrace.getValue();
14         
15         /* if(thread.equals(Thread.currentThread())){
16             continue;
17         } */
18         out.println("\n執行緒："+thread.getName()+"\n");
19         for(StackTraceElement ele : elements){
20             out.println("\t"+ele+"\n");
21         }
22     }
23 %>
24 </body>
25 </html>
複製程式碼

注意：程式碼中我註釋掉一段，是因為想也查出當前執行緒的堆疊資訊，作者並沒有這個註釋。

總結：

  • JVM效能相關的6個常用的JDK命令
    • jps：查詢JVM中的所有程序，找出將要操作的PID，是所有命令的基礎
    • jstat：檢視相應JVM程序的gc、類載入解除安裝資訊，是沒有GUI介面檢視JVM執行資料的首選
    • jinfo：檢視和在執行期動態修改JVM配置引數
    • jmap：生成堆轉儲快照和比較佔記憶體的物件
    • jhat：配合jmap分析堆轉儲日誌，除非沒有其他工具可做這個事兒，否則就不用該工具
    • jstack：生成執行緒快照，定位執行緒長時間卡頓的原因（執行緒間死鎖、死迴圈、請求外部資源導致的長時間等待）
  • 輸出gc資訊到控制檯
    • -XX:+PrintGCDetails：輸出GC的詳細資訊
    • -XX:+PrintGCTimeStamps：輸出GC的時間資訊
    • -XX:+PrintGCApplicatonStoppedTime：GC造成的應用暫停的時間
  • 輸出gc資訊到檔案
    • 以上三個引數在這裡依舊適用
    • -Xloggc:檔案路徑/gc.log：輸出到檔案

圖形化的JVM效能監控

1、影象化的故障處理工具

  • Jconsole
  • visualVM

2、Jconsole

進入"E:\Java\jdk1.6\bin"，雙擊"jconsole.exe"，彈出如下框：

說明：這裡列出了所有的JVM程序，一個Jconsole程序，一個eclipse（PID：4684），這相當於jps命令。

選中其中一個PID，假設選中了eclipse，雙擊，出現下圖：（注：之後的各個葉籤，都是每4秒重新整理一次）

"記憶體"：相當於jstat -gc，在上圖中的詳細資訊部分，該部分對應的資訊就是頭部圖表部分所寫的引數（這裡是"整個堆"的情況），同時對應的也是右下角部分柱狀圖所選中的柱子（這裡是"堆"），對於"非堆"指的就是"方法區"（或者稱為"永久代"）。當然，這裡也可以選擇時間範圍來檢視相應的資訊。

"類"：相當於jstat -class，列出了裝載類和解除安裝類的相關資訊。

"執行緒"：相當於jstack，折線圖顯示了執行緒數目的變化情況，包括峰值執行緒數量、活動執行緒數量；左下角展示了所有執行緒名稱。雙擊相應的執行緒名稱

"VM摘要"：相當於jinfo

最後，測試一下執行緒死鎖的現象。程式碼如下：

 View Code

執行main()方法，之後去檢視"執行緒"標籤，點選"檢測死鎖"，如下：

發現執行緒Thread-95和Thread-106死鎖（彼此擁有對方想要的鎖）

分析：

1）Integer快取機制

Integer.valueOf(int xxx)，該方法為了減少物件的建立，節省記憶體，會將xxx轉化成的Integer物件快取起來，之後只要是相同的xxx，那麼這個方法都會直接從快取中取出物件來。假設程式碼中的Integer.valueOf(1)生成的物件是[email protected]，而Integer.valueOf(2)生成的物件是[email protected]，那麼之後無論呼叫多少次Integer.valueOf(1)，也無論是哪一個執行緒去呼叫該方法，返回的都只是同一個物件[email protected]。也就是說上邊的這段程式碼中的Integer.valueOf(i)只會生成兩個不同的物件，就是[email protected]和[email protected]，而這兩個物件也就是我們的鎖物件。

2）死鎖發生的時機

假設執行緒"Thread-95"執行到其第一個synchronized塊中時（假設剛剛獲取了鎖物件[email protected]），這時候CPU時間片切換給了執行緒"Thread-106"，而"Thread-106"執行其第一個synchronized塊（獲取了鎖物件[email protected]），之後"Thread-106"要執行第二個synchronized塊兒來獲取鎖物件[email protected]，這時候就獲取不到了，因為這個鎖物件正被"Thread-95"所持有，於是"Thread-106"就阻塞在[email protected]這個鎖物件上，這時，假設CPU時間片又切換給了"Thread-95"，該執行緒要執行第二個synchronized塊來獲取[email protected]，就獲取不到了，因為該鎖物件已被"Thread-106"所持有

3）結果

"Thread-95"持有鎖物件[email protected]，阻塞在鎖物件[email protected]；

"Thread-106"持有鎖物件[email protected]，阻塞在鎖物件[email protected]

3、visualVM

是一塊更加全面的GUI監視工具，包含很多外掛（需要自己下載），具體的見《深入理解Java虛擬機器（第二版）》

JVM調優

1、JVM的調優主要是記憶體的調優，主要調兩個方面：

  • 各個代的大小
  • 垃圾收集器選擇

2、各個代的大小

  • 常用的調節引數
    • -Xmx
    • -Xms
    • -Xmn
    • -XX:SurvivorRatio
    • -XX:MaxTenuringThreshold
    • -XX:PermSize
    • -XX:MaxPermSize
  • 原則
    • -Xmx==-Xms：防止堆記憶體頻繁進行調整，調整的時機見《第一章 JVM記憶體結構》
    • -Xmn：通常設為-Xmx/4（這是我在企業中實習時的設定方式，系統執行正常、平穩、速度也快），林昊推薦的是-Xmx/3，所以-Xmn==-Xmx/4~-Xmx/3
      • 調節時機：minor GC太頻繁
      • -Xmn過小：minor GC太頻繁；小物件可能也會直接進入年老代，提前導致Full GC
      • -Xmn過大：年輕代大了，minor GC的時間變長了；年老代變小了，Full GC會頻繁
      • 調節策略：若-Xmx可調大，則調大，且保持-Xmn==-Xmx/4~-Xmx/3；若-Xmx不可調大，在保持-Xmn==-Xmx/4~-Xmx/3的範圍內增大-Xmn，若-Xmn也不可調了，則試著調大-XX:SurvivorRatio來看看情況
    • -XX:SurvivorRatio：預設8
      • -XX:SurvivorRatio過大：Eden變大，Survivor變小，minor GC可能減少，但是由於suvivor減小了，所以如果minor GC存活下來的物件大於suvivor，則會直接進入年老代
      • -XX:SurvivorRatio過小：Eden變小，Survivor變大，minor GC可能增多，但是由於suvivor變大了，能夠儲存更多存活下來的物件，進入年老代的物件可能會減少
    • -XX:MaxTenuringThreshold：預設為15
      • -XX:SurvivorRatio過大：物件在年輕代的存活時間變長，可能在年輕代就被回收掉而不必進入年老代，但是相應的複製的時候survivor區就會被佔用更多的空間。
      • -XX:SurvivorRatio過大：物件在年輕代的存活時間變短，可能會早早進入年老代而失去在年輕代被回收的機會，但是相應的複製的時候survivor區也就有更多記憶體了，這樣可能會避免部分大物件直接進入年老代
    • -XX:MaxPermSize==-XX:PermSize
      • 在實際開發中，前臺不要使用jsp，使用velocity等模板引擎技術
      • 不要引入無關的jar

3、垃圾收集器選擇

企業中最常用的兩個組合：（這裡由於大部分大型企業用的還是JDK1.6，所以G1不說）

  • Parallel Scavenge/Parallel Old
    • 注重吞吐量（吞吐量越大，說明CPU利用率越高）
    • 主要用於處理很多的CPU計算任務而使用者互動任務較少的情況
    • 也用於讓JVM自動調優而我們袖手旁觀的情況（-XX:+UseParallelOldGC，-XX:GCTimeRatio，-Xmx，-XX:+UseAdaptiveSizePolicy）
    • -XX:+UseParallelOldGC：指定使用該組合
  • ParNew/CMS
    • 注重STW的縮短（該時間越短，使用者體驗越好，而且會減少部分請求的請求超時問題）
    • -XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用該組合
    • -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：來指定當年老代空間滿了多少後（百分比）進行垃圾回收
  • 關於上邊兩種組合的說明
    • 一般而言，在企業中，機器的CPU數量都比較多，且CPU的計算能力也不會成為瓶頸，所以對於CMS的併發標記與併發清除階段，會佔用CPU資源的問題，其實不是大事兒；而對於Parallel的注重吞吐量的問題也就不是什麼大事兒了，畢竟CPU是強大的
    • 所以，ParNew/CMS是首選（在G1不能用的情況下），Parallel Scavenge/Parallel Old只在想讓JVM自動管理記憶體的情況下使用

注意：在實際調優過程中，可以使用jstat、jconsole、visualVM或GC日誌的檢測資料來調，具體的示例見《深入理解java虛擬機器（第二版）》p142對eclipse執行速度的調優。

關於GC日誌的引數含義與每一種垃圾收集器的GC日誌的格式，檢視《深入理解Java虛擬機器（第二版）》的P89和《深入分析java web技術內幕（修訂版）》的P224


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