Java效能調優工具
阿新 • • 發佈：2019-02-20
1.1、jps命令
jps用於列出Java的程序，jps可以增加引數，-m用於輸出傳遞給Java程序的引數，-l用於輸出主函式的完整路徑，-v可以用於顯示傳遞給jvm的引數。
jps -l -m -v
31427 sun.tools.jps.Jps -l -m -v -Dapplication.home=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.7.0_55.jdk/Contents/Home -Xms8m
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情況，它的基本使用方法為：
jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]
選項option可以由以下值組成：
jstat -class pid:顯示載入class的數量，及所佔空間等資訊。
jstat -compiler pid:顯示VM實時編譯的數量等資訊。
jstat -gc pid:可以顯示gc的資訊，檢視gc的次數，及時間。其中最後五項，分別是young gc的次數，young gc的時間，full gc的次數，full gc的時間，gc的總時間。
jstat -gccapacity:可以顯示，VM記憶體中三代（young,old,perm）物件的使用和佔用大小，如：PGCMN顯示的是最小perm的記憶體使用量，PGCMX顯示的是perm的記憶體最大使用量，PGC是當前新生成的perm記憶體佔用量，PC是但前perm記憶體佔用量。其他的可以根據這個類推， OC是old內純的佔用量。
jstat -gcnew pid:new物件的資訊。
jstat -gcnewcapacity pid:new物件的資訊及其佔用量。
jstat -gcold pid:old物件的資訊。
jstat -gcoldcapacity pid:old物件的資訊及其佔用量。
jstat -gcpermcapacity pid: perm物件的資訊及其佔用量。
jstat -gcutil pid:統計gc資訊統計。
jstat -printcompilation pid:當前VM執行的資訊。
除了以上一個引數外，還可以同時加上 兩個數字，如：jstat -printcompilation 3024 250 6是每250毫秒列印一次，一共列印6次。
這些引數中最常用的引數是gcutil，下面是該引數的輸出介紹以及一個簡單例子：
S0 — Heap上的 Survivor space 0 區已使用空間的百分比
S1 — Heap上的 Survivor space 1 區已使用空間的百分比
E — Heap上的 Eden space 區已使用空間的百分比
O — Heap上的 Old space 區已使用空間的百分比
P — Perm space 區已使用空間的百分比
YGC — 從應用程式啟動到取樣時發生 Young GC 的次數
YGCT– 從應用程式啟動到取樣時 Young GC 所用的時間(單位秒)
FGC — 從應用程式啟動到取樣時發生 Full GC 的次數
FGCT– 從應用程式啟動到取樣時 Full GC 所用的時間(單位秒)
GCT — 從應用程式啟動到取樣時用於垃圾回收的總時間(單位秒)
例項使用1：
[root@localhost bin]# jstat -gcutil 25444
S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT
11.63 0.00 56.46 66.92 98.49 162 0.248 6 0.331 0.579
1.3、jinfo命令
jinfo可以用來檢視正在執行的Java應用程式的擴充套件引數，甚至在執行時修改部分引數，它的基本語法為：
1
jinfo <option> <pid>
jinfo可以檢視執行時引數：
jinfo -flag MaxTenuringThreshold 31518
-XX:MaxTenuringThreshold=15
jinfo還可以在執行時修改引數值：
> jinfo -flag PrintGCDetails 31518
-XX:-PrintGCDetails
> jinfo -flag +PrintGCDetails 31518
> jinfo -flag PrintGCDetails 31518
-XX:+PrintGCDetails
1.4、jmap命令
jmap命令主要用於生成堆快照檔案，它的使用方法如下：
> jmap -dump:format=b,file=heap.hprof 31531
Dumping heap to /Users/caojie/heap.hprof ...
Heap dump file created
獲得堆快照檔案之後，我們可以使用多種工具對檔案進行分析，例如jhat，visual vm等。
1.5、jhat命令
使用jhat工具可以分析Java應用程式的堆快照檔案，使用命令如下：
> jhat heap.hprof
Reading from heap.hprof...
Dump file created Tue Nov 11 06:02:05 CST 2014
Snapshot read, resolving...
Resolving 8781 objects...
Chasing references, expect 1 dots.
Eliminating duplicate references.
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.
jhat在分析完成之後，使用HTTP伺服器展示其分析結果，在瀏覽器中訪問http://127.0.0.1:7000/即可得到分析結果。
1.6、jstack命令
jstack可用於匯出Java應用程式的執行緒堆疊資訊，語法為：
1
jstack -l <pid>
jstack可以檢測死鎖，下例通過一個簡單例子演示jstack檢測死鎖的功能。java程式碼如下：
public class DeadLock extends Thread {
protected Object myDirect;
static ReentrantLock south = new ReentrantLock();
static ReentrantLock north = new ReentrantLock();
public DeadLock(Object obj) {
this.myDirect = obj;
if (myDirect == south) {
this.setName("south");
}
if (myDirect == north) {
this.setName("north");
}
}
@Override
public void run() {
if (myDirect == south) {
try {
north.lockInterruptibly();
try {
Thread.sleep(500);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
south.lockInterruptibly();
System.out.println("car to south has passed");
} catch (InterruptedException e1) {
System.out.println("car to south is killed");
} finally {
if (north.isHeldByCurrentThread())
north.unlock();
if (south.isHeldByCurrentThread())
south.unlock();
}
}
if (myDirect == north) {
try {
south.lockInterruptibly();
try {
Thread.sleep(500);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
north.lockInterruptibly();
System.out.println("car to north has passed");
} catch (InterruptedException e1) {
System.out.println("car to north is killed");
} finally {
if (north.isHeldByCurrentThread())
north.unlock();
if (south.isHeldByCurrentThread())
south.unlock();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
DeadLock car2south = new DeadLock(south);
DeadLock car2north = new DeadLock(north);
car2south.start();
car2north.start();
Thread.sleep(1000);
}
}
使用jps命令檢視程序號為32627，然後使用jstack -l 32637 > a.txt命令把堆疊資訊列印到檔案中，該檔案內容如下：
2014-11-11 21:33:12
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (24.55-b03 mixed mode):
"Attach Listener" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c803000 nid=0x3307 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"DestroyJavaVM" prio=5 tid=0x00007f8d0b80b000 nid=0x1903 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"north" prio=5 tid=0x00007f8d0c075000 nid=0x5103 waiting on condition [0x0000000115b06000]
java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
- parking to wait for <0x00000007d55ab600> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)
at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)
at DeadLock.run(DeadLock.java:48)
Locked ownable synchronizers:
- <0x00000007d55ab5d0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
"south" prio=5 tid=0x00007f8d0c074800 nid=0x4f03 waiting on condition [0x0000000115a03000]
java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
- parking to wait for <0x00000007d55ab5d0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)
at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)
at DeadLock.run(DeadLock.java:28)
Locked ownable synchronizers:
- <0x00000007d55ab600> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
"Service Thread" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c025800 nid=0x4b03 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"C2 CompilerThread1" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c025000 nid=0x4903 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"C2 CompilerThread0" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0d01b000 nid=0x4703 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"Signal Dispatcher" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c022000 nid=0x4503 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
Locked ownable synchronizers:
- None
"Finalizer" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0d004000 nid=0x3103 in Object.wait() [0x000000011526a000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x00000007d5505568> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:135)
- locked <0x00000007d5505568> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:151)
at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:189)
Locked ownable synchronizers:
- None
"Reference Handler" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0d001800 nid=0x2f03 in Object.wait() [0x0000000115167000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x00000007d55050f0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
at java.lang.Object.wait(Object.java:503)
at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)
- locked <0x00000007d55050f0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
Locked ownable synchronizers:
- None
"VM Thread" prio=5 tid=0x00007f8d0b83b000 nid=0x2d03 runnable
"GC task thread#0 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0b818000 nid=0x2503 runnable
"GC task thread#1 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0b819000 nid=0x2703 runnable
"GC task thread#2 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0d000000 nid=0x2903 runnable
"GC task thread#3 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0d001000 nid=0x2b03 runnable
"VM Periodic Task Thread" prio=5 tid=0x00007f8d0c02e800 nid=0x4d03 waiting on condition
JNI global references: 109
Found one Java-level deadlock:
=============================
"north":
waiting for ownable synchronizer 0x00000007d55ab600, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
which is held by "south"
"south":
waiting for ownable synchronizer 0x00000007d55ab5d0, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
which is held by "north"
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"north":
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
- parking to wait for <0x00000007d55ab600> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)
at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)
at DeadLock.run(DeadLock.java:48)
"south":
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
- parking to wait for <0x00000007d55ab5d0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)
at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)
at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)
at DeadLock.run(DeadLock.java:28)
Found 1 deadlock.
從這個輸出可以知道：
1、在輸出的最後一段，有明確的"Found one Java-level deadlock"輸出，所以通過jstack命令我們可以檢測死鎖；
2、輸出中包含了所有執行緒，除了我們的north,sorth執行緒外，還有"Attach Listener", "C2 CompilerThread0", "C2 CompilerThread1"等等；
3、每個執行緒下面都會輸出當前狀態，以及這個執行緒當前持有鎖以及等待鎖，當持有與等待造成迴圈等待時，將導致死鎖。
1.7、jstatd命令
jstatd命令是一個RMI伺服器程式，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伺服器能夠將本機的Java應用程式資訊傳遞到遠端計算機，由於需要多臺計算機做演示，此處略。
1.8、hprof工具
hprof工具可以用於監控Java應用程式在執行時的CPU資訊和堆資訊，關於hprof的官方文件如下：https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/samples/hprof.html
2、Visual VM工具
Visual VM是一個功能強大的多合一故障診斷和效能監控的視覺化工具，它集成了多種效能統計工具的功能，使用Visual VM可以替代jstat、jmap、jhat、jstack等工具。在命令列輸入jvisualvm即可啟動visualvm。
開啟Visual VM之後，左邊導航欄會顯示出當前機器所有Java程序：
點選你想監控的程式即可對該程式進行監控，Visual VM的效能監控頁一共有以下幾個tab頁：
概述頁會顯示程式的基本使用情況，比如，程序ID，系統屬性，啟動引數等。
通過監視頁面，可以監視應用程式的CPU、堆、永久區、類載入器和執行緒數的整體情況，通過頁面上的Perform GC和Heap Dump按鈕還可以手動執行Full GC和生成堆快照。
執行緒頁面會提供詳細的執行緒資訊，單擊Thread Dump按鈕可以匯出當前所有執行緒的堆疊資訊，如果Visual VM在當前執行緒中找到死鎖，則會以十分顯眼的方式在Threads頁面給予提示。
抽樣器可以對CPU和記憶體兩個效能進行抽樣，用於實時地監控程式。CPU取樣器可以將CPU佔用時間定位到方法，記憶體取樣器可以檢視當前程式的堆資訊。下面是一個頻繁呼叫的Java程式，我們會對改程式進行取樣：
public class MethodTime {
static java.util.Random r=new java.util.Random();
static Map<String,String> map=null;
static{
map=new HashMap<String,String>();
map.put("1", "Java");
map.put("2", "C++");
map.put("3", "Delphi");
map.put("4", "C");
map.put("5", "Phython");
}
public String getNameById(String id){
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return map.get(id);
}
public List<String> getNamesByIds(String ids){
List<String> re=new ArrayList<String>();
String[] strs=ids.split(",");
for(String id:strs){
re.add(getNameById(id));
}
return re;
}
public List<String> getNamesByIdsBad(String ids){
List<String> re=new ArrayList<String>();
String[] strs=ids.split(",");
for(String id:strs){
//A bad code
getNameById(id);
re.add(getNameById(id));
}
return re;
}
public class NamesByIdsThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
try{
while(true){
int c=r.nextInt(4);
String ids="";
for(int i=0;i<c;i++)
ids=Integer.toString((r.nextInt(4)+1))+",";
getNamesByIds(ids);
}
}catch(Exception e){
}
}
}
public class NamesByIdsBadThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
try{
while(true){
int c=r.nextInt(4);
String ids="";
for(int i=0;i<c;i++)
ids=Integer.toString((r.nextInt(4)+1))+",";
getNamesByIdsBad(ids);
}
}catch(Exception e){
}
}
}
public static void main(String args[]){
MethodTime instance=new MethodTime();
new Thread(instance.new NamesByIdsThread()).start();
new Thread(instance.new NamesByIdsBadThread()).start();
}
}
通過Visual VM的取樣功能，可以找到改程式中佔用CPU時間最長的方法：
預設Visual VM不統計內建物件的函式呼叫，比如java.*包中的類，如果要統計這些內建物件，單機右上角的設定進行調配。Visual VM雖然可以統計方法的呼叫時間，但是無法給出方法呼叫堆疊，Jprofile不僅可以給出方法呼叫時間，還可以給出方法呼叫堆疊，較Visual VM更強大。
右擊左導航的應用程式，會出現以下選單：
單機應用程式快照，可以分析當前應用程式的快照，單擊堆Dump能夠對當前的堆資訊進行分析。Visual VM的更多使用方法，可以檢視Oracle的官方文件https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/visualvm/index.html
BTrace外掛
BTrace是一款功能強大的效能檢測工具，它可以在不停機的情況下，通過位元組碼注入，動態監控系統的執行情況，它可以跟蹤指定的方法呼叫、建構函式呼叫和系統記憶體等資訊，本部分打算舉一個例子，講解一下BTrace的使用。要在Visual VM中使用Btrace，首先需要安裝Btrace外掛，點選工具->外掛即可線上安裝，安裝後右鍵應用程式，就會出現如下選項：
點選Trace application，即可進入BTrace外掛介面。使用BTrace可以監控指定函式的耗時，以下指令碼通過正則表示式，監控所有類的getNameById方法：
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;
@BTrace
public class TracingScript {
@TLS
private static long startTime = 0;
@OnMethod(clazz="/.+/", method="/getNameById/")//監控任意類的getNameById方法
public static void startMethod() {
startTime=timeMillis();
}
@OnMethod(clazz="/.+/", method="/getNameById/",
location=@Location(Kind.RETURN))//方法返回時觸發
public static void endMethod() {
print(strcat(strcat(name(probeClass()), "."), probeMethod()));
print(" [");
print(strcat("Time taken : ", str(timeMillis() - startTime)));
println("]");
}
}
點選執行，部分輸出如下：
MethodTime.getNameById [Time taken : 5]
MethodTime.getNameById [Time taken : 4]
MethodTime.getNameById [Time taken : 7]
MethodTime.getNameById [Time taken : 7]
BTrace除了可以監控函式耗時外，還可以指定程式執行到某一行程式碼觸發某一行為，定時觸發行為，監控函式引數等等。
3、MAT記憶體分析工具
MAT是一款功能強大的Java堆記憶體分析器，可以用於查詢記憶體洩露以及檢視記憶體消耗情況，MAT的官方文件如下：http://help.eclipse.org/luna/index.