【JVM進階之路】八：性能監控工具-命令行篇

定位問題的時候，知識、經驗是關鍵基礎，數據是依據，工具是運用知識處理數據的手段。

在實際的故障排查、性能監控中，經常是操做系統的工具和Java虛擬機的工具結合使用。

一、操做系統工具

1.一、top：顯示系統總體資源使用狀況

top命令是Linux下經常使用的性能分析工具，可以實時顯示系統中各個進程的資源佔用狀況。

在Linux使用top命令的部分輸出以下：

top命令的輸出能夠分爲兩個部分：前半部分是系通通計信息，後半部分是進程信息。

在統計信息中：

• 第1行是任務隊列信息，從左到右依次表示：系統當前時間、系統運行時間、當前登陸用戶，最後的load average表示系統的平均負載。
• 第2行是進程統計信息，分別有正在運行的進程數、睡眠進程數、中止的進程數、殭屍進程數。
• 第3行是CPU統計信息，us表示用戶空間CPU佔用率，sy表示內核空間CPU佔用率、ni表示用戶進程空間改變過優先級的進程cpu的佔用率、id表示空閒cpu佔用率、wa表示等待輸入輸出的CPU時間百分比、hi表示硬件中斷請求、si表示軟件中斷請求。

在進程信息區中，顯示了系統各個進程的資源使用狀況。主要字段的含義：

• PID：進程id
• USER：進程全部者的用戶名
• PR：優先級
• NI：nice值，負值表示高優先級，正值表示低優先級
• TIME+：進程使用的CPU時間總計，單位1/100秒
• COMMAND：命令名/命令行

1.二、vmstat：監控內存和CPU

vmstat也是一款功能比較齊全的性能監測工具。它能夠統計CPU、內存使用狀況、swap使用狀況能信息。

通常vmstat工具的使用是經過兩個數字參數來完成的，第一個參數是採樣的時間間隔數，單位是秒，第二個參數是採樣的次數，如:

如下命令表示每秒採樣一次，共三次。

輸出的各個列的含義：

分類	說明
Procs	r: 運行隊列中進程數量 b: 等待IO的進程數量
Memory（內存）	swpd: 使用虛擬內存大小 free: 可用內存大小 buff: 用做緩衝的內存大小 cache: 用做緩存的內存大小
Swap：	si: 每秒從交換區寫到內存的大小 so: 每秒寫入交換區的內存大小 IO：（如今的Linux版本塊的大小爲1024bytes） bi: 每秒讀取的塊數 bo: 每秒寫入的塊數
系統	in: 每秒中斷數，包括時鐘中斷 cs: 每秒上下文切換數
CPU（以百分比表示）	us: 用戶進程執行時間(user time) sy: 系統進程執行時間(system time) id: 空閒時間(包括IO等待時間),中央處理器的空閒時間 ，以百分比表示。 wa: 等待IO時間

1.三、iostat：監控IO使用

iostat能夠提供磁盤IO的監控數據：

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           1.44    0.00    0.39    0.00    0.00   98.17

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               0.37         0.47        30.30    3561197  229837730
dm-0              0.44         0.33        29.97    2518272  227313194
dm-1              0.12         0.13         0.33    1013276    2520308
dm-2              0.00         0.00         0.00        502       2068

以上命令顯示了CPU的使用概況和磁盤I/O的信息。

輸出結果各個列的含義：

iostat結果面板 avg-cpu 描述的是系統cpu使用狀況：

• %user：CPU處在用戶模式下的時間百分比。
• %nice：CPU處在帶NICE值的用戶模式下的時間百分比。
• %system：CPU處在系統模式下的時間百分比。
• %iowait：CPU等待輸入輸出完成時間的百分比。
• %steal：管理程序維護另外一個虛擬處理器時，虛擬CPU的無心識等待時間百分比。
• %idle：CPU空閒時間百分比。

1.四、netstat：監控網絡使用

在web程序中，可能運行須要網絡，可使用netstat命令監控網絡流量。

netstat -a
 Active Internet connections (servers and established)
 Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State
 tcp        0      0 localhost:30037         *:*                     LISTEN
 udp        0      0 *:bootpc                *:*
 
Active UNIX domain sockets (servers and established)
 Proto RefCnt Flags       Type       State         I-Node   Path
 unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     6135     /tmp/.X11-unix/X0
 unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     5140     /var/run/acpid.socket
 ...

以上命令表示列出全部端口信息。

二、JDK性能監控工具

除了咱們比較熟悉的java.exe、javac.exe這兩個命令行工具，在jdk的bin目錄下，還有一些其它的工具。。除了編譯和運行Java程序外，打包、部署、簽名、調試、監控、運維等各類場景均可能會用到它們。

2.一、jps：虛擬機進程查看

jps相似Linux下的ps，它會列出Java程序的進程。

jps命令格式：

jps [ options ] [ hostid ]

jps命令示例：

jps的經常使用選項見表：

選項列表	描述
-q	只輸出進程 ID，忽略主類信息
-l	輸出主類全名，或者執行 JAR 包則輸出路徑
-m	輸出虛擬機進程啓動時傳遞給主類 main()函數的參數
-v	輸出虛擬機進程啓動時的 JVM 參數

2.二、jstat：虛擬機運行時信息查看

jsta是一個強大的工具。它能夠顯示本地或者遠程虛擬機進程中的類加載、內存、垃圾收集、即時編譯等運行時數據。

jstat命令格式爲：

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

選項option表明用戶但願查詢的虛擬機信息，主要分爲三類：類加載、垃圾收集、運行期編譯情況。

以下，輸出Java進程5728的ClassLoader相關信息，每秒統計一次信息，一共輸出兩次。

下例展現了與GC相關的堆信息的輸出：

jstat工具主要選項：

選項列表	描述
-class	監視類加載、卸載數量、總空間以及類裝載所耗費時長
-gc	監視 Java 堆狀況，包括 Eden 區、2 個 Survivor 區、老年代、永久代或者 jdk1.8 元空間等，容量、已用空間、垃圾收集時間合計等信息
-gccapacity	監視內容與-gc 基本一致，但輸出主要關注 Java 堆各個區域使用到的最大、最小空間
-gcutil	監視內容與-gc 基本相同，但輸出主要關注已使用空間佔總空間的百分比
-gccause	與 -gcutil 功能同樣，可是會額外輸出致使上一次垃圾收集產生的緣由
-gcnew	監視新生代垃圾收集狀況
-gcnewcapacity	監視內容與 -gcnew 基本相同，輸出主要關注使用到的最大、最小空間
-gcold	監視老年代垃圾收集狀況
-gcoldcapacity	監視內容與 -gcold 基本相同，輸出主要關注使用到的最大、最小空間
-compiler	輸出即時編譯器編譯過的方法、耗時等信息
-printcompilation	輸出已經被即時編譯的方法

2.三、jinfo：虛擬機配置查看

jinfo的做用是實時查看和調整虛擬機各項參數。

jinfo命令格式：

jinfo [ option ] pid

下例顯示了新生愛對象晉升老年代的最大年齡。在應用程序啓動時，沒有指定，但經過jinfo，查看該參數的當前數值。

查看是否打印GC詳細信息：

2.四、jmap：內存映像（導出）

jmap命令用於生成堆轉儲快照（通常稱爲heapdump或dump文件）

jmap的做用並不只僅是爲了獲取堆轉儲快照，它還能夠查詢finalize執行隊列、Java堆和方法區的詳細信息，如空間使用率、當前用的是哪一種收集器等。

jmap命令格式：

jmap [ option ] vmid

以下，使用jmap生成PID爲5728的Java程序的對象統計信息， 並輸出到dump.txt中。

dump.txt的結構以下：

jmap更重要的功能是獲得Java程序的當前堆快照：

如圖，將應用程序的堆快照輸出到D盤的heap.hprof文件中，以後，能夠經過多種工具分析該堆文件。

jmap工具主要選項:

選項	描述
-dump	生成 Java 堆轉儲快照。
-finalizerinfo	顯示在 F-Queue 中等待 Finalizer 線程執行 finalize 方法的對象。Linux平臺
-heap	顯示 Java 堆詳細信息，好比：用了哪一種回收器、參數配置、分代狀況。Linux 平臺
-histo	顯示堆中對象統計信息，包括類、實例數量、合計容量
-permstat	顯示永久代內存狀態，jdk1.7，永久代
-F	當虛擬機進程對 -dump 選項沒有響應式，能夠強制生成快照。Linux平臺

2.五、jhat：堆轉儲快照分析

JDK提供jhat命令與jmap搭配使用，來分析jmap生成的堆轉儲快照。 jhat內置了一個微型的HTTP/Web服務器，生成堆轉儲快照的分析結果後，能夠在瀏覽器中查看。

之前面生成的heap.hprof爲例：

屏幕顯示「Server is ready.」的提示後，用戶在瀏覽器中輸入http://localhost:7000/能夠看到分析結果

2.六、jstack：Java堆棧跟蹤

jstack命令用於生成虛擬機當前時刻的線程快照（通常稱爲threaddump或者 javacore文件）。

jstack命令格式：

jstack [ option ] vmid

以下，使用stack查看線程堆棧的部分結果：

jstack工具主要選項：

選項	描述
-F	當正常輸出的請求不被響應時，強制輸出線程堆棧
-l	除了堆棧外，顯示關於鎖的附加信息
-m	若是調用的是本地方法的話，能夠顯示 c/c++的堆棧

2.七、jcmd：多功能命令

在jdk1.7之後，新增了一個請打的命令行工具jcmd，它能夠實現上面除了jstat外全部命令的功能。

例如，使用jcmd列出當前系統中的全部運行中的Java虛擬機：

jmcd命令格式：

jcmd <pid | main class> <command ... | PerfCounter.print | -f  file>

jmcd工具主要選項：

選項	描述
help	打印幫助信息，示例：jcmd help []
ManagementAgent.stop	中止JMX Agent
ManagementAgent.start_local	開啓本地JMX Agent
ManagementAgent.start	開啓JMX Agent
Thread.print	參數-l打印java.util.concurrent鎖信息，至關於：jstack
PerfCounter.print	至關於：jstat -J-Djstat.showUnsupported=true -snap
GC.class_histogram	至關於：jmap -histo
GC.heap_dump	至關於：jmap -dump:format=b,file=xxx.bin
GC.run_finalization	至關於：System.runFinalization()
GC.run	至關於：System.gc()
VM.uptime	參數-date打印當前時間，VM啓動到如今的時候，以秒爲單位顯示
VM.flags	參數-all輸出所有，至關於：jinfo -flags , jinfo -flag
VM.system_properties	至關於：jinfo -sysprops
VM.command_line	至關於：jinfo -sysprops	grep command
VM.version	至關於：jinfo -sysprops	grep version

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參考：

【1】：周志朋編著《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐》

【2】：《Java性能權威指南》

【3】：《實戰JAVA虛擬機 JVM故障診斷與性能優化》

【4】:jcmd命令詳解