JVM性能調優監控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof使用詳解

現實企業級Java應用開發、維護中，有時候咱們會碰到下面這些問題：

OutOfMemoryError，內存不足

內存泄露

線程死鎖

鎖爭用（Lock Contention）

Java進程消耗CPU太高

......

這些問題在平常開發、維護中可能被不少人忽視（好比有的人遇到上面的問題只是重啓服務器或者調大內存，而不會深究問題根源），但可以理解並解決這些問題是Java程序員進階的必備要求。本文將對一些經常使用的JVM性能調優監控工具進行介紹，但願能起拋磚引玉之用。

並且這些監控、調優工具的使用，不管你是運維、開發、測試，都是必須掌握的。

A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)

jps主要用來輸出JVM中運行的進程狀態信息。語法格式以下：

jps[options][hostid]

若是不指定hostid就默認爲當前主機或服務器。

命令行參數選項說明以下：

-q 不輸出類名、Jar名和傳入main方法的參數

-m 輸出傳入main方法的參數

-l 輸出main類或Jar的全限名

-v 輸出傳入JVM的參數

好比下面：

root@ubuntu:/# jps -m -l

2458org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml

29920com.sun.tools.hat.Main -port9998/tmp/dump.dat

3149org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

30972sun.tools.jps.Jps -m -l

8247org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

25687com.sun.tools.hat.Main -port9999dump.dat

21711mrf-center.jar

B、 jstack

jstack主要用來查看某個Java進程內的線程堆棧信息。語法格式以下：

jstack[option]pid

jstack[option]executablecore

jstack[option][server-id@]remote-hostname-or-ip

命令行參數選項說明以下：

-l long listings，會打印出額外的鎖信息，在發生死鎖時能夠用jstack -l pid來觀察鎖持有狀況-m mixed mode，不只會輸出Java堆棧信息，還會輸出C/C++堆棧信息（好比Native方法）

jstack能夠定位到線程堆棧，根據堆棧信息咱們能夠定位到具體代碼，因此它在JVM性能調優中使用得很是多。下面咱們來一個實例找出某個Java進程中最耗費CPU的Java線程並定位堆棧信息，用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。

第一步先找出Java進程ID，我部署在服務器上的Java應用名稱爲mrf-center：

root@ubuntu:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v grep

root217111114:47pts/300:02:10java -jar mrf-center.jar

獲得進程ID爲21711，第二步找出該進程內最耗費CPU的線程，可使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid，我這裏用第三個，輸出以下：

TIME列就是各個Java線程耗費的CPU時間，CPU時間最長的是線程ID爲21742的線程，用

printf"%x\n"21742

獲得21742的十六進制值爲54ee，下面會用到。

OK，下一步終於輪到jstack上場了，它用來輸出進程21711的堆棧信息，而後根據線程ID的十六進制值grep，以下：

root@ubuntu:/# jstack 21711 | grep 54ee

"PollIntervalRetrySchedulerThread"prio=10tid=0x00007f950043e000nid=0x54eeinObject.wait() [0x00007f94c6eda000]

能夠看到CPU消耗在PollIntervalRetrySchedulerThread這個類的Object.wait()，我找了下個人代碼，定位到下面的代碼：

// Idle wait

getLog().info("Thread ["+ getName() +"] is idle waiting...");schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;

longnow = System.currentTimeMillis();

longwaitTime = now + getIdleWaitTime();

longtimeUntilContinue = waitTime - now;

synchronized(sigLock) {try{if(!halted.get()) { sigLock.wait(timeUntilContinue); } }catch(InterruptedException ignore) { }}

它是輪詢任務的空閒等待代碼，上面的sigLock.wait(timeUntilContinue)就對應了前面的Object.wait()。

C、 jmap（Memory Map）和jhat（Java Heap Analysis Tool）

jmap用來查看堆內存使用情況，通常結合jhat使用。

jmap語法格式以下：

jmap[option]pid

jmap[option]executablecore

jmap[option][server-id@]remote-hostname-or-ip

若是運行在64位JVM上，可能須要指定-J-d64命令選項參數。

jmap-permstat pid

打印進程的類加載器和類加載器加載的持久代對象信息，輸出：類加載器名稱、對象是否存活（不可靠）、對象地址、父類加載器、已加載的類大小等信息，以下圖：

使用jmap -heap pid查看進程堆內存使用狀況，包括使用的GC算法、堆配置參數和各代中堆內存使用狀況。好比下面的例子：

root@ubuntu:/# jmap -heap 21711

Attaching to process ID21711, please wait...Debugger attached successfully.Server compiler detected.JVM version is20.10-b01

usingthread-local object allocation.Parallel GC with4thread(s)Heap Configuration:MinHeapFreeRatio =40

MaxHeapFreeRatio =70

MaxHeapSize =2067791872(1972.0MB)NewSize =1310720(1.25MB)MaxNewSize =17592186044415MBOldSize =5439488(5.1875MB)NewRatio =2

SurvivorRatio =8

PermSize =21757952(20.75MB)MaxPermSize =85983232(82.0MB)Heap Usage:PS Young GenerationEden Space: capacity =6422528(6.125MB) used =5445552(5.1932830810546875MB)free=976976(0.9317169189453125MB)84.78829520089286% usedFrom Space: capacity =131072(0.125MB) used =98304(0.09375MB)free=32768(0.03125MB)75.0% usedTo Space: capacity =131072(0.125MB) used =0(0.0MB)free=131072(0.125MB)0.0% usedPS Old Generation capacity =35258368(33.625MB) used =4119544(3.9287033081054688MB)free=31138824(29.69629669189453MB)11.683876009235595% usedPS Perm Generation capacity =52428800(50.0MB) used =26075168(24.867218017578125MB)free=26353632(25.132781982421875MB)49.73443603515625% used ....

使用jmap -histo[:live] pid查看堆內存中的對象數目、大小統計直方圖，若是帶上live則只統計活對象，以下：

root@ubuntu:/# jmap -histo:live 21711 | more

num#instances #bytes class name----------------------------------------------1:3844555977362:3844552372883:350037495044:6085832426005:350027152646:279621314247:55431317400[I8:137141010768[C9:47521003344[B10:122563965611:14194454208java.lang.String12:3809396136java.lang.Class13:4979311952[S14:5598287064[[I15:3028266464java.lang.reflect.Method16:28016352017:4355139360java.util.HashMap$Entry18:1869138568[Ljava.util.HashMap$Entry;19:244397720java.util.LinkedHashMap$Entry20:207282880java.lang.ref.SoftReference21:180771528[Ljava.lang.Object;22:220670592java.lang.ref.WeakReference23:93452304java.util.LinkedHashMap24:87148776java.beans.MethodDescriptor25:144246144java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry26:80438592java.util.HashMap27:94837920java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment28:162135696[Ljava.lang.Class;29:131334880[Ljava.lang.String;30:139633504java.util.LinkedList$Entry31:46233264java.lang.reflect.Field32:102432768java.util.Hashtable$Entry33:94831440[Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry;

class name是對象類型，說明以下：

Bbyte

Cchar

Ddouble

Ffloat

Iint

Jlong

Zboolean

[ 數組，如[I表示int[][L+類名 其餘對象

還有一個很經常使用的狀況是：用jmap把進程內存使用狀況dump到文件中，再用jhat分析查看。jmap進行dump命令格式以下：

jmap -dump:format=b,file=dumpFileName pid

我同樣地對上面進程ID爲21711進行Dump：

root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711

Dumping heap to /tmp/dump.dat ...Heap dump file created

dump出來的文件能夠用MAT、VisualVM等工具查看，這裏用jhat查看：

root@ubuntu:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.dat

Readingfrom/tmp/dump.dat...Dump file created Tue Jan2817:46:14CST2014Snapshot read, resolving...Resolving132207objects...Chasing references, expect26dots..........................Eliminating duplicate references..........................Snapshot resolved.Started HTTP serveronport9998Serverisready.

注意若是Dump文件太大，可能須要加上-J-Xmx512m這種參數指定最大堆內存，即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。而後就能夠在瀏覽器中輸入主機地址:9998查看了：

上面紅線框出來的部分你們能夠本身去摸索下，最後一項支持OQL（對象查詢語言）。

D、jstat（JVM統計監測工具）

語法格式以下：

jstat[ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms][count]] ]

vmid是Java虛擬機ID，在Linux/Unix系統上通常就是進程ID。interval是採樣時間間隔。count是採樣數目。好比下面輸出的是GC信息，採樣時間間隔爲250ms，採樣數爲4：

root@ubuntu:/# jstat -gc 21711 250 4

S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU PC PU YGC YGCT FGC FGCT GCT

192.0192.064.00.06144.01854.932000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649

192.0192.064.00.06144.01972.232000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649

192.0192.064.00.06144.01972.232000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649

192.0192.064.00.06144.02109.732000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649

要明白上面各列的意義，先看JVM堆內存佈局：

能夠看出：

堆內存 = 年輕代 + 年老代 + 永久代

年輕代 = Eden區 + 兩個Survivor區（From和To）

如今來解釋各列含義：

S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1區容量（Capacity）和使用量（Used）

EC、EU：Eden區容量和使用量

OC、OU：年老代容量和使用量

PC、PU：永久代容量和使用量

YGC、YGT：年輕代GC次數和GC耗時

FGC、FGCT：Full GC次數和Full GC耗時

GCT：GC總耗時

E、hprof（Heap/CPU Profiling Tool）

hprof可以展示CPU使用率，統計堆內存使用狀況。

語法格式以下：

java-agentlib:hprof[=options]ToBeProfiledClass

java-Xrunprof[:options]ToBeProfiledClass

javac-J-agentlib:hprof[=options]ToBeProfiledClass

完整的命令選項以下：

Option Name and Value Description Default

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

heap=dump|sites|all heap profiling all

cpu=samples|times|old CPU usage off

monitor=y|n monitor contention n

format=a|b text(txt) or binary output a

file=<file> write data to file java.hprof[.txt]

net=<host>:<port> send data over a socket off

depth=<size> stack trace depth 4

interval=<ms> sample interval in ms 10

cutoff=<value> output cutoff point 0.0001

lineno=y|n line number in traces? y

thread=y|n thread in traces? n

doe=y|n dump on exit? y

msa=y|n Solaris micro state accounting n

force=y|n force output to <file> y

verbose=y|n print messages about dumps y

來幾個官方指南上的實例。

CPU Usage Sampling Profiling(cpu=samples)的例子：

java-agentlib:hprof=cpu=samples,interval=20,depth=3Hello

上面每隔20毫秒採樣CPU消耗信息，堆棧深度爲3，生成的profile文件名稱是java.hprof.txt，在當前目錄。

CPU Usage Times Profiling(cpu=times)的例子，它相對於CPU Usage Sampling Profile可以得到更加細粒度的CPU消耗信息，可以細到每一個方法調用的開始和結束，它的實現使用了字節碼注入技術（BCI）：

javac -J-agentlib:hprof=cpu=timesHello.java

Heap Allocation Profiling(heap=sites)的例子：

javac-J-agentlib:hprof=heap=sites Hello.java

Heap Dump(heap=dump)的例子，它比上面的Heap Allocation Profiling能生成更詳細的Heap Dump信息：

javac -J-agentlib:hprof=heap=dumpHello.java

雖然在JVM啓動參數中加入-Xrunprof:heap=sites參數能夠生成CPU/Heap Profile文件，但對JVM性能影響很是大，不建議在線上服務器環境使用。

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