【深入理解java虚拟机】JVM故障处理工具介绍

ゝ一世哀愁。 2024-04-01 11:07 38阅读 0赞

#### 目录 ####

*  前言
 *  一、jps：虚拟机进程状况工具
 *   *  一、一 输出远程机器信息
 *  二、jstat：虚拟机统计信息监视工具
 *  三、jinfo： Java配置信息工具
 *  四、jmap： Java内存映像工具
 *  五、jhat：虚拟机堆转储快照分析工具
 *  六、jstack： Java堆栈跟踪工具
 *  七、基础工具总结

## 前言 ##

大家都知道JDK的bin目录中有java.exe、 javac.exe这样的命令行工具，这些工具主要是用于监视虚拟机运行状态和进行故障处理的工具。这些故障处理工具并不单纯是被Oracle公司作为“礼物”附赠给JDK的使用者，根据软件可用性和授权的不同，可以把它们划分成三类：

>  *  商业授权工具： 主要是JMC（Java Mission Control）及它要使用到的JFR（Java Flight Recorder），JMC这个原本来自于JRockit的运维监控套件从JDK 7 Update 40开始就被集成到OracleJDK中，  
>     JDK11之前都无须独立下载，但是在商业环境中使用它则是要付费的。
> 
>   
> 
> 
>  *  正式支持工具：这一类工具属于被长期支持的工具，不同平台、不同版本的JDK之间，这类工具可能会略有差异，但是不会出现某一个工具突然消失的情况。
> 
>   
> 
> 
>  *  实验性工具： 这一类工具在它们的使用说明中被声明为“没有技术支持，并且是实验性质的”（Unsupported and Experimental）产品，日后可能会转正，也可能会在某个JDK版本中无声无息地消失。但事实上它们通常都非常稳定而且功能强大，也能在处理应用程序性能问题、定位故障时发挥很大的作用。

## 一、jps：虚拟机进程状况工具 ##

> jps（ JVM Process Status Tool）功能：可以列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类（ Main Class，main()函数所在的类）名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID（ LVMID， Local Virtual Machine Identifier）。

命令格式：

jps [ options ] [ hostid ]

示例：

jps
    1764 RemoteMavenServer
    18516 Launcher
    17868 Jps

选项：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>选项</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>-q</td> 
   <td>只输出进程ID，忽略主类信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-l</td> 
   <td>输出主类全名，或者执行JAR包则输出路径</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-m</td> 
   <td>输出虚拟机进程启动时传递给主类main()函数的参数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-v</td> 
   <td>输出虚拟机进程启动时的JVM参数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 一、一 输出远程机器信息 ###

> jps还可以通过RMI协议查询开启了RMI服务的远程虚拟机进程状态，参数hostid为RMI注册表中注册的主机名。

jps 链接远程输出JVM信息，需要注册RMI，否则会报错：

jps -lv 127.0.0.1
    RMI Registry not available at 127.0.0.1:1099
    Connection refused to host: 127.0.0.1; nested exception is:
            java.net.ConnectException: Connection refused: connect

1、注册RMI开启 jstatd 在你的`C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_91\bin`目录下添加名称为 jstatd.all.policy 的文件。

jstatd.all.policy 文件内容如下：

grant codebase "file:${java.home}/../lib/tools.jar" {
        
       permission java.security.AllPermission;
    };

2、添加好配置文件后，在 bin 目录下注册添加的 jstatd.all.policy 文件：

C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_91\bin>jstatd -J-Djava.security.policy=jstatd.all.policy

成功示例如下：

C:\Users\Administrator>jps -lv 127.0.0.1
    12708 sun.tools.jps.Jps -Denv.class.path=.;G:\Java\jdk1.8.0_91\lib\dt.jar;G:\Java\jdk1.8.0_91\lib\tools.jar; -Dapplication.home=C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_91 -Xms8m
    16116  exit -Xms128m -Xmx3096m -XX:ReservedCodeCacheSize=512m -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=100 -ea -Dsun.io.useCanonCaches=false -Djava.net.preferIPv4Stack=true -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
     -Didea.vendor.name=JetBrains -Didea.paths.selector=IntelliJIdea2021.1 -XX:ErrorFile=C:\Users\Administrator\java_error_in_idea64_%p.log -XX:HeapDumpPath=C:\Users\Administrator\java_error_in_idea64.hprof
    1764 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer -Djava.awt.headless=true -Dmaven.defaultProjectBuilder.disableGlobalModelCache=true -Didea.version=2021.1.2 -Didea.maven.embedder.version=3.1.1 -Xmx768m -Dfile.e
    18516 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher -Xmx700m -Djava.awt.headless=true -Djava.endorsed.dirs="" -Djdt.compiler.useSingleThread=true -Dpreload.project.path=G:/ideawork -Dpreload.config.path=G:/IntelliJ IDEA 2021.1.
    net.preferIPv4Stack=true -Dio.netty.initialSeedUniquifier=1570513135976058670 -Dfile.encoding=GBK -Duser.language=zh -Duser.country=CN -Didea.paths.selector=IntelliJIdea2021.1 -Didea.home.path=G:\IntelliJ IDEA 2021.1
    a2021.1/.IntelliJIdea/system/log/build-log -Djps.fallback.jdk.hom
    2684 sun.tools.jstatd.Jstatd -Denv.class.path=.;G:\Java\jdk1.8.0_91\lib\dt.jar;G:\Java\jdk1.8.0_91\lib\tools.jar; -Dapplication.home=C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_91 -Xms8m -Djava.security.policy=jstatd.all.policy

参数组合：

jps -lm 127.0.0.1

## 二、jstat：虚拟机统计信息监视工具 ##

> jstat（JVM Statistics Monitoring Tool），用于监视虚拟机各种运行状态信息。它可以查看本地或者远程虚拟机进程中，类加载、内存、垃圾收集、即时编译等运行时数据。

命令格式：

jstat [ option vmid [interval[s|ms] [count]] ]

> vmid：如果是查看远程机器，需要按照此格式：`[protocol:][//]lvmid[@hostname[:port]/servername]`
> 
> interval和count，表示查询间隔和次数，比如每隔1000毫秒查询一次进程ID的gc收集情况，每次查询5次。`jstat -gc 111552 1000 3`

选项主要分为三类：类加载、垃圾收集、运行期编译状况：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>选项</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>-class</td> 
   <td>监视类加载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费时长</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gc</td> 
   <td>监视 Java 堆情况，包括Eden区、2个 Survivor区、老年代、永久代或者jdk1.8元空间等，容量、已用空间、垃圾收集时间合计等信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gccapacity</td> 
   <td>监视内容与-gc基本一致，但输出主要关注 Java 堆各个区域使用到的最大、最小空间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gcutil</td> 
   <td>监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gccause</td> 
   <td>与 -gcutil 功能一样，但是会额外输出导致上一次垃圾收集产生的原因</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gcnew</td> 
   <td>监视新生代垃圾收集情况</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gcnewcapacity</td> 
   <td>监视内容与 -gcnew 基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gcold</td> 
   <td>监视老年代垃圾收集情况</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gcoldcapacity</td> 
   <td>监视内容与 -gcold 基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-compiler</td> 
   <td>输出即时编译器编译过的方法、耗时等信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-printcompilation</td> 
   <td>输出已经被即时编译的方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gcpermcapacity</td> 
   <td>jdk1.7 及以下，永久代空间统计</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-gcmetacapacity</td> 
   <td>jdk1.8，元空间统计</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

示例：

C:\Users\Administrator>jstat -class 14944 1000 5
    Loaded  Bytes  Unloaded  Bytes     Time
      6216 11190.6        1     0.9       4.70
      6216 11190.6        1     0.9       4.70
      6216 11190.6        1     0.9       4.70
    
    C:\Users\Administrator>jstat -compiler 14944 1000 5
    Compiled Failed Invalid   Time   FailedType FailedMethod
        3290      0       0     7.73          0
        3290      0       0     7.73          0
    C:\Users\Administrator>jstat -gcutil 14944 1000 5
      S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT
      0.00  34.71  89.33   6.49  94.64  91.92      5    0.080     1    0.048    0.128
      0.00  34.71  89.33   6.49  94.64  91.92      5    0.080     1    0.048    0.128
    
    
    C:\Users\Administrator>jstat -gc 14944 1000 5
     S0C    S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC
    6656.0 10752.0  0.0   3732.1 131072.0 117082.2  82944.0     5384.1   28416.0 26893.9 3840.0 3529.8      5    0.080   1

## 三、jinfo： Java配置信息工具 ##

> jinfo（ Configuration Info for Java）的作用是实时查看和调整虚拟机各项参数。

命令格式：

jinfo [ option ] pid

示例：

C:\Users\Administrator>jinfo -flag MetaspaceSize 14944
    -XX:MetaspaceSize=21807104

## 四、jmap： Java内存映像工具 ##

> jmap（ Memory Map for Java）命令用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件）。如果不使用jmap命令，要想获取Java堆转储快照也还有一些比较“暴力”的手段：例如-XX： +HeapDumpOnOutOfMemoryError参数，可以让虚拟机在内存溢出异常出现之后自动生成堆转储快照文件，通过-XX： +HeapDumpOnCtrlBreak参数则可以使用\[Ctrl\]+\[Break\]键让虚拟机生成堆转储快照文件，又或者在Linux系统下通过Kill-3命令发送进程退出信号“恐吓”一下虚拟机，也能顺利拿到堆转储快照。

**jmap的作用并不仅仅是为了获取堆转储快照，它还可以查询finalize执行队列、 Java堆和方法区的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。**

命令格式：

jmap [ option ] pid

> option：选项参数
> 
> pid：需要打印配置信息的进程ID
> 
> executable：产生核心dump的Java可执行文件
> 
> core：需要打印配置信息的核心文件
> 
> server-id：可选的唯一id，如果相同的远程主机上运行了多台调试服务器，用此选项参数标识服务器
> 
> remote server IP or hostname： 远程调试服务器的IP地址或主机名

选项：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>选项</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>-dump</td> 
   <td>生成 Java 堆转储快照。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-finalizerinfo</td> 
   <td>显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalize方法的对象。Linux平台</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-heap</td> 
   <td>显示 Java 堆详细信息，比如：用了哪种回收器、参数配置、分代情况。Linux平台</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-histo</td> 
   <td>显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-permstat</td> 
   <td>显示永久代内存状态，jdk1.7，永久代</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-F</td> 
   <td>当虚拟机进程对 -dump 选项没有响应式，可以强制生成快照。Linux平台</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

堆转储文件示例：

jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin 14944

C:\Users\Administrator>jmap -dump:format=b,file=idea.bin 14944
    Dumping heap to C:\Users\Administrator\idea.bin ...
    Heap dump file created

打印加载类示例：

C:\Users\Administrator>jmap -clstats 14944
    Attaching to process ID 14944, please wait...
    Debugger attached successfully.
    Server compiler detected.
    JVM version is 25.91-b15
    finding class loader instances ..done.
    computing per loader stat ..done.
    please wait.. computing liveness.......liveness analysis may be inaccurate ...
    class_loader    classes bytes   parent_loader   alive?  type
    
    <bootstrap>     1698    2983149   null          live    <internal>
    0x00000007736a41e8      1       880     0x00000006c1c14038      dead    sun/reflect/DelegatingClassL

## 五、jhat：虚拟机堆转储快照分析工具 ##

> JDK提供jhat（ JVM Heap Analysis Tool）命令与jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照。jhat内置了一个微型的HTTP/Web服务器，生成堆转储快照的分析结果后，可以在浏览器中查看。

**不过在实际工作中，除非手上真的没有别的工具可用，否则多数人是不会直接使用jhat命令来分析堆转储快照文件的，主要原因有两个方面：**

>  *  一是一般不会在部署应用程序的服务器上直接分析堆转储快照，即使可以这样做，也会尽量将堆转储快照文件复制到其他机器上进行分析，因为分析工作是一个耗时而且极为耗费硬件资源的过程，既然都要在其他机器上进行，就没有必要再受命令行工具的限制了。
>  *  另外一个原因是jhat的分析功能相对来说比较简陋，后文将会介绍到的VisualVM，以及专业用于分析堆转储快照文件的Eclipse Memory Analyzer、 IBM HeapAnalyzer等工具，都能实现比jhat更强大专业的分析功能。下列代码清单演示了使用jhat分析上一节采用jmap生成的Eclipse IDE的内存快照文件。

示例：

C:\Users\Administrator>jhat idea.bin
    Reading from idea.bin...
    Dump file created Wed Oct 26 20:48:34 CST 2022
    Snapshot read, resolving...
    Resolving 1394404 objects...
    Chasing references, expect 278 dots...................................................................................
    Eliminating duplicate references......................................................................................
    Snapshot resolved.
    Started HTTP server on port 7000
    Server is ready.

屏幕显示“Server is ready.”的提示后，用户在浏览器中输入http://localhost:7000/可以看到分析结果，如图所示。  
![在这里插入图片描述][9300aedef1b148d9901caa284fca6970.png]![在这里插入图片描述][d162193766124dfcb02b2801fec24b71.png]

**分析结果默认以包为单位进行分组显示，分析内存泄漏问题主要会使用到其中的“Heap Histogram”（与jmap-histo功能一样）与OQL页签的功能，前者可以找到内存中总容量最大的对象，后者是标准的对象查询语言，使用类似SQL的语法对内存中的对象进行查询统计。**

## 六、jstack： Java堆栈跟踪工具 ##

> jstack（ Stack Trace for Java）命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照（一般称为threaddump或者javacore文件）。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的目的通常是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间挂起等，都是导致线程长时间停顿的常见原因。线程出现停顿时通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以获知没有响应的线程到底在后台做些什么事情，或者等待着什么资源。

命令格式：

jstack [ option ] vmid

选项：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>选项</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>-F</td> 
   <td>当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-l</td> 
   <td>除了堆栈外，显示关于锁的附加信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-m</td> 
   <td>如果调用的是本地方法的话，可以显示c/c++的堆栈</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

示例：

jstack -l 14944

从JDK 5起， java.lang.Thread类新增了一个getAllStackTraces()方法用于获取虚拟机中所有线程的StackTraceElement对象。使用这个方法可以通过简单的几行代码完成jstack的大部分功能，在实际项目中不妨调用这个方法做个管理员页面，可以随时使用浏览器来查看线程堆栈，如下述代码清单所示。

<%@ page import="java.util.Map"%>
    <html>
    <head>
    <title>服务器线程信息</title>
    </head>
    <body>
    <pre>
    <%
    	for (Map.Entry<Thread, StackTraceElement[]> stackTrace : Thread.getAllStack-Traces().entrySet()) {
        
    		Thread thread = (Thread) stackTrace.getKey();
    		StackTraceElement[] stack = (StackTraceElement[]) stackTrace.getValue();
    		if (thread.equals(Thread.currentThread())) {
        
    		continue;
    		}
    		out.print("\n线程： " + thread.getName() + "\n");
    		for (StackTraceElement element : stack) {
        
    		out.print("\t"+element+"\n");
    		}
    	}
    %>
    </pre>
    </body>
    </html>

## 七、基础工具总结 ##

下面表罗列了JDK附带的全部（包括曾经存在但已经在最新版本中被移除的）工具及其简要用途，在高版本的JDK中，这些工具大多已有了功能更为强大的替代品，例如JCMD、 JHSDB的命令行模式，但使用方法也是相似的，无论JDK发展到了什么版本，学习这些基础的工具命令并不会过时和浪费。

*  基础工具：用于支持基本的程序创建和运行。
    
    ![在这里插入图片描述][fe9d4a144c5c4d7a91c9e4d60eb04122.png]
 *  安全：用于程序签名、设置安全测试等。  
    ![在这里插入图片描述][a24c31820be24354b2c728bfcd5f39ce.png]
 *  国际化：用于创建本地语言文件。
    
    ![在这里插入图片描述][f327092c316546ea9e2fc3d9891a7c8c.png]
 *  远程方法调用：用于跨Web或网络的服务交互。  
    ![在这里插入图片描述][49d0ecc0ae894dd68302e5d5fc667b7b.png]

Java IDL与RMI-IIOP：在JDK 11中结束了十余年的CORBA支持，这些工具不再提供。  
![在这里插入图片描述][0368ba3e3c17403698bc8fa30df43217.png]

*  部署工具：用于程序打包、发布和部署。  
    ![在这里插入图片描述][8dfdfd3ed21d445fa472359da67d7bf3.png]
 *  Java Web Start。  
    ![在这里插入图片描述][56d23ff1f36844cea403e1aac0adab4b.png]
 *  性能监控和故障处理：用于监控分析Java虚拟机运行信息，排查问题。  
    ![在这里插入图片描述][621eb8dc7cf543649b1ef607f3c7abc2.png]
 *  WebService工具：与CORBA一起在JDK 11中被移除。  
    ![在这里插入图片描述][c676766bdf9e4258b65475c3d6c6f74f.png]
 *  REPL和脚本工具。  
    ![在这里插入图片描述][5e8919cf44d9466397c67d146effef8b.png]

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外事以刚日,内事以柔日

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