深入理解Java虚拟机--性能监控与故障处理工具

水深无声 2023-03-06 08:29 248阅读 0赞

**目录**

jps：虚拟机进程状况工具

jstat：虚拟机统计信息监视工具

jinfo：Java配置信息工具

jmap：Java内存映像工具

jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

jstack：Java堆栈跟踪工具

--------------------

参考书籍：《深入理解Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践(第2版)》

SUN公司在JDK的bin目录中为Java开发人员提供的命令行工具，除了大家熟知的“java.exe”、"javac.exe"和“javap.exe”之外，还包含一些功能强大且稳定的虚拟机性能监控与故障处理工具，能在处理应用程序性能问题、 定位故障时发挥很大的作用，例如下面这几个。

![Center][]

还是先来看看它们都是干什么用的吧，稍后再对各个工具的作用及用法进行详细介绍。

<table style="width:607px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:177px;"><strong>名 称</strong></td> 
   <td style="text-align:center;width:430px;"><strong>主要作用</strong></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:177px;">jps</td> 
   <td style="width:430px;">JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的 HotSpot虚拟机进程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:177px;">jstat</td> 
   <td style="width:430px;">JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:177px;">jinfo</td> 
   <td style="width:430px;">Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:177px;">jmap</td> 
   <td style="width:430px;">Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（Heapdump文件）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:177px;">jhat</td> 
   <td style="width:430px;">JVM Heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:177px;">jstack</td> 
   <td style="width:430px;">Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# jps：虚拟机进程状况工具 #

jps（JVM Process Status Tool）的作用是：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（Local Virtual Machine Identifier,LVMID），对于本地虚拟机进程来说，LVMID与操作系统的进程ID（Process Identifier,PID）是一致的。

# jsp 命令格式：
    jps [options] [hostid]

jps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，hostid为RMI注册表中注册的主机名。 jps的其他常用选项见下表。

<table style="width:611px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:175px;">选 项</td> 
   <td style="text-align:center;width:436px;">作 用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:175px;">-q</td> 
   <td style="width:436px;">只输出LVMID，省略主类的名称</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:175px;">-m</td> 
   <td style="width:436px;">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 style="text-align:center;width:175px;">-l</td> 
   <td style="width:436px;">输出主类的全名，如果进程执行的是jar包，输出jar路径</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:175px;">-v</td> 
   <td style="width:436px;">输出虚拟机进程启动时jvm参数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

jps执行样例：

在Eclipse IDE中将main()方法传入参数及JVM启动参数进行如下设置，并执行自定义类jvm.JpsTest中的main()方法。

![Center 1][]

使用命令 jps -mlv 查看所有的JVM进程、main()方法传入参数、JVM启动参数，并显示类的包全名。

![Center 2][]

# jstat：虚拟机统计信息监视工具 #

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）是用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。 它可以显示本地或者远程虚拟机进程中的类装载、 内存、 垃圾收集、 JIT编译等运行数据，在没有GUI图形界面，只提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。

# jstat 命令格式为：
    jstat [ option vmid [ interval[s|ms] [count]] ]

对于命令格式中的VMID与LVMID需要特别说明一下：如果是本地虚拟机进程，VMID与LVMID是一致的，如果是远程虚拟机进程，那VMID的格式应当是：

[protocol：][//]lvmid[@hostname[：port]/servername]

参数interval和count代表查询间隔和次数，如果省略这两个参数，说明只查询一次。 假设需要每250毫秒查询一次进程2764垃圾收集状况，一共查询20次，那命令应当是：jstat -gc 2764 250 20

选项option代表着用户希望查询的虚拟机信息，主要分为3类：类装载、 垃圾收集、 运行期编译状况，具体选项及作用如下表。

<table style="width:621px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">选 项</td> 
   <td style="text-align:center;width:464px;">作 用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-class</td> 
   <td style="width:464px;">监视装载类、卸载类、总空间以及类装载所耗费的时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-gc</td> 
   <td style="width:464px;">监视java堆状况，包括eden区、两个survivor区、老年代、永久代等的容量、已用空间、GC时间合计信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-gccapacity</td> 
   <td style="width:464px;">监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注java堆各个区域使用到最大、最小空间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-gcutil</td> 
   <td style="width:464px;">监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注已使用控件占总空间的百分比</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-gccause</td> 
   <td style="width:464px;">与-gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次gc产生的原因</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-gcnew</td> 
   <td style="width:464px;">监视新生代GC情况</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-gcnewcapacity</td> 
   <td style="width:464px;">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 style="text-align:center;width:157px;">-gcold</td> 
   <td style="width:464px;">监视老年代GC情况</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-gcoldcapacity</td> 
   <td style="width:464px;">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 style="text-align:center;width:157px;">-gcpermcapacity</td> 
   <td style="width:464px;">输出永久代使用到的最大、最小空间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-compiler</td> 
   <td style="width:464px;">输出JIT编译过的方法、耗时等信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:157px;">-printcompilation</td> 
   <td style="width:464px;">输出已经被JIT编译过的方法</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

jstat执行样例：

我们以监视Java堆的状况为例，使用命令：jstat -gcutil \[进程ID\]

![Center 3][]

监视结果表明：这台服务器的新生代Eden区（E，表示Eden）使用了6.01%的空间，两个Survivor区（S0、 S1，表示Survivor0、 Survivor1）里面都是空的，老年代（O，表示Old）和永久代（P，表示Permanent）则分别使用了1.88%和14.28%的空间。 程序运行以来共发生Minor GC（YGC，表示Young GC）14次，总耗时0.037秒，发生Full GC（FGC，表示FullGC）0次，Full GC总耗时（FGCT，表示Full GC Time）为0.000秒，所有GC总耗时（GCT，表示GC Time）为0.037秒。

# jinfo：Java配置信息工具 #

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

# jinfo 命令格式：
    jinfo [option] pid

选项option的基本用法如下表。

<table style="width:600px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:198px;">参数格式</td> 
   <td style="text-align:center;width:402px;">作 用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:198px;">-flag &lt;name&gt;</td> 
   <td style="width:402px;">打印指定的命令行标识参数的名称和值。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:198px;">-flag [+|-]&lt;name&gt;</td> 
   <td style="width:402px;">启用或禁用指定的boolean类型的命令行标识参数。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:198px;">-flag &lt;name&gt;=&lt;value&gt;</td> 
   <td style="width:402px;">为给定的命令行标识参数设置指定的值。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:198px;">-flags</td> 
   <td style="width:402px;">成对打印传递给JVM的命令行标识参数。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:198px;">-sysprops</td> 
   <td style="width:402px;">以键值对形式打印Java系统属性。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:198px;">&lt;no option&gt;</td> 
   <td style="width:402px;">打印命令行标识参数和系统属性键值对。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

jinfo执行样例：

![Center 4][]

![Center 5][]

# 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）

# jmap 命令格式：
    jmap [option] vmid

具体选项及作用如下表。

<table style="width:621px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:173px;">选 项</td> 
   <td style="text-align:center;width:448px;">作 用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:173px;">-dump</td> 
   <td style="width:448px;">生成java堆转储快照。格式为： -dump:[live,]format=b,file=&lt;filename&gt;,其中live子参数说明是否只dump出存活的对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:173px;">-finalizerinfo</td> 
   <td style="width:448px;">显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalize方法的对象。只在Linux/Solaris平台下有效</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:173px;">-heap</td> 
   <td style="width:448px;">显示java堆详细信息，如使用哪种收集器、参数配置、分代情况等，在Linux/Solaris平台下有效</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:173px;">-histo</td> 
   <td style="width:448px;">显示堆中对象统计信息，包含类、实例数量、合计容量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:173px;">-clstats</td> 
   <td style="width:448px;">以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态。只在Linux/Solaris平台下有效</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:173px;">-F</td> 
   <td style="width:448px;">当虚拟机进程对-dump选项没有响应时。可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux/Solaris平台下有效</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

jmap执行样例：生成一个正在执行的eclipse进程的dump快照文件。

![Center 6][]

使用 clstats 参数，以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态

![Center 7][]

# jhat：虚拟机堆转储快照分析工具 #

Sun 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/HTML服务器，生成dump文件的分析结果后，可以在浏览器中查看。

jhat执行样例：使用jhat分析上例中采用jmap生成的Eclipse IDE的内存快照文件。

![Center 8][]

屏幕显示“Server is ready.”的提示后，用户在浏览器中键入http://localhost：7000/就可以看到分析结果，分析结果默认是以包为单位进行分组显示，如下图所示。

![Center 9][]

# 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，生成线程快照的主要目的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等待等都是导致线程长时间停顿的常见原因。 线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道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。

# jstack 命令格式：
    jstack [option] vmid

option选项的合法值与具体含义下表。

<table style="width:622px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:182px;">选 项</td> 
   <td style="text-align:center;width:440px;">作 用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:182px;">-F</td> 
   <td style="width:440px;">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 style="text-align:center;width:182px;">-l</td> 
   <td style="width:440px;">除堆栈外，显示关于锁的附加信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;width:182px;">-m</td> 
   <td style="width:440px;">如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

jstack执行样例：使用jstack查看一个java线程的堆栈。

![Center 10][]

在JDK 1.5中，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。

import java.util.Map;
    
    public class JstackTrace {
    
    	public void printThreadTrace() {
    		for (Map.Entry<Thread, StackTraceElement[]> stackTrace : Thread
    				.getAllStackTraces().entrySet()) {
    			Thread thread = (Thread) stackTrace.getKey();
    			StackTraceElement[] stack = (StackTraceElement[]) stackTrace
    					.getValue();
    			if (thread.equals(Thread.currentThread())) {
    				continue;
    			}
    			System.out.print("\n线程:" + thread.getName() + "\n");
    			for (StackTraceElement element : stack) {
    				System.out.print("\t" + element + "\n");
    			}
    		}
    	}
    
    }

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[Center 2]: /images/20230208/9af2b3ebe25c4d5c9dae1977334d7578.png
[Center 3]: /images/20230208/e962960fc89f4781946ec72cf839f60e.png
[Center 4]: /images/20230208/970648810180439fa450800ec6356150.png
[Center 5]: /images/20230208/fdf95c8351b14f6a87ae8ca02628eecc.png
[Center 6]: /images/20230208/ed0f5b01d7c24109bb447d06a8ce0e92.png
[Center 7]: /images/20230208/940e4776502c45f8baacb31cae515a71.png
[Center 8]: /images/20230208/3dde2bbdf9cb4950a6d48b03e20b1079.png
[Center 9]: /images/20230208/73ac927af2214e0c8ed4ea61d701e405.png
[Center 10]: /images/20230208/6201c483fa5040cab9c0df0d485055e3.png