JVM性能監控與故障處理工具

引言

在應用服務出現模型的卡頓或者CPU飆升等問題時，總是要分析一下對應的進程的JVM狀態以定位問題和解決問題並做出響應的優化，在這個過程中java自帶的一些狀態監控命令工具就非常方便了。

1、jps：JVM進程狀況工具

JDK中很多的小工具都參考了unix的命名方式，jps 就是其中的典型。除了名稱和UNIX中的ps相似之外，功能也和ps命令類似：可以列出正在運行的虛擬機進程，並顯示虛擬機執行主類（ main class，main()函數所在類）名稱及這些進程的本地虛擬機唯一id。

命令格式：

jps [options] [hostid]

options參數解釋：

-l：輸出主類全名或jar 路
-q：只輸出LVMD(Local Virtual Machine Identifier ， LVMID)
-m：輸出JVM啓動時傳遞給main()的參數
-v：輸出JVM啓動時顯示指定的JVM參數

jps執行樣例：

2、jstat：JVM統計信息監控工具

jstat命令式使用比較頻繁的命令，主要用來顯示本地或者遠程虛擬機中類裝載、內存、垃圾收集、JIT編譯等運行數據。在沒有GUI圖形界面，只提供了純文本的控制檯環境的服務器上，它將是運行期間定位虛擬機性能問題的首選工具。

命令格式：

jstat [option] LVMID [interval ] [count]

其中LVMID是進程id，interval是打印間隔時間（毫秒），count是打印次數，如果省略這兩個參數，說明只查詢一次。

option參數解釋：

選項	作用
-class	監視類裝載，類卸載，總空間及類裝載所消耗的時間
-gc	監視java堆狀況，包括Eden區，兩個survivor區，老年代，永久代等容量、已經使用空間、GC時間合計信息
-gcutil	監視內容與-gc基本相同，但是輸出主要關注已使用空間站總空間的百分比
-gccapacity	監視內容與-gc基本相同，但是輸出主要關注java堆各個區域使用到的最大、最小空間
-gccause	與-gcutil功能一樣，但是會額外輸出導致上一次GC產生的原因
-gcnew	監視新生代的GC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GC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
-gcpermcapacity	輸出永久代使用到的最大、最小空間
-compiler	輸出JIT編譯器編譯過的方法、耗時等信息
-printcompilation	輸出已經被JIT編譯的方法

例如需要每250秒查詢一次進程3900垃圾收集狀況，一共查詢20次，執行命令如下：

jstat -gc 3900 250 20

字段解釋：

S0C survivor0大小
S1C survivor1大小
S0U survivor0已使用大小
S1U survivor1已使用大小
EC Eden區大小
EU Eden區已使用大小
OC 老年代大小
OU 老年代已使用大小
MC 方法區大小
MU 方法區已使用大小
CCSC 壓縮類空間大小
CCSU 壓縮類空間已使用大小
YGC 年輕代垃圾回收次數
YGCT 年輕代垃圾回收消耗時間
FGC 老年代垃圾回收次數
FGCT 老年代垃圾回收消耗時間
GCT 垃圾回收消耗總時間

-gcutil和-gc參數類似，只不過輸出字段不是實際值，而是百分比。

字段解釋：

S0 survivor0使用百分比
S1 survivor1使用百分比
E Eden區使用百分比
O 老年代使用百分比
M 元數據區使用百分比
CCS 壓縮使用百分比
YGC 年輕代垃圾回收次數
YGCT 年輕代垃圾回收消耗時間
FGC 老年代垃圾回收次數
FGCT 老年代垃圾回收消耗時間
GCT 垃圾回收消耗總時間

3、jinfo:Java配置信息工具

jinfo的作用是實時的查看和調整虛擬機各項參數。使用jps命令的-v參數可以查看虛擬機啓動時顯式指定的參數列表。如果想知道未被顯式指定的參數系統默認值，那就需要查找相關資料或者使用jinfo命令配合相關參數進行查看。

命令格式：

jinfo [option] <pid>

options：參數解釋

-flag <name> 打印指定名稱的參數
-flag [+|-]<name> 打開或關閉參數
-flag <name>=<value> 設置參數
-flags 打印所有參數
-sysprops 打印系統配置
<no option> 打印上面兩個選項

常用示例展示：

1)、查看JVM參數和系統配置

jinfo 11666

jinfo -flags 11666

jinfo -sysprops 11666

2)、查看打印GC日誌參數

jinfo -flag PrintGC 11666

jinfo -flag PrintGCDetails 11666

3）、關閉GC參數

jinfo -flag -PrintGC 11666

jinfo -flag -PrintGCDetails 11666

還可以使用下面的命令查看哪些參數可以使用jinfo命令來管理：

java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep manageable

4、jmap：java內存映像工具

jmap是用來生成對dump文件和查看堆相關的各類信息命令，例如查看finalize執行隊列，heap的詳細信息和使用情況。

命令格式：

jmap [option] <pid> (連接正在執行的進程)
jmap [option] <executable <core> (連接一個core文件)
jmap [option] [server_id@]<remote server IP or hostname> (鏈接遠程服務器)

option參數解釋：

<none> to print same info as Solaris pmap
-heap 打印java heap摘要
-histo[:live] 打印堆中的java對象統計信息
-clstats 打印類加載器統計信息
-finalizerinfo 打印在f-queue中等待執行finalizer方法的對象
-dump:<dump-options> 生成java堆的dump文件

　　　　　　dump-options:

　　　　　　live 只轉儲存活的對象，如果沒有指定則轉儲所有對象

　　　　　　format=b 二進制格式

　　　　　　file=<file> 轉儲文件到 <file>

-F 強制選項

常用示例：

1）、jmap -dump:live,format=b,file=dump.hprof 11666

輸出：

Dumping heap to /dump.hprof ...

Heap dump file created

這個命令是要把java堆中的存活對象信息轉儲到dump.hprof文件

2）、jmap -finalizerinfo 11666

輸出：

Attaching to process ID 11666, please wait...

Debugger attached successfully.

Server compiler detected.

JVM version is 24.71-b01

Number of objects pending for finalization: 0

輸出結果的含義爲當前沒有在等待執行finalizer方法的對象

3）、jmap -heap 11666

輸出堆的詳細信息

Attaching to process ID 11666, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.25-b02

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 4 thread(s)

Heap Configuration: //堆內存初始化配置
   MinHeapFreeRatio         = 0 //對應jvm啓動參數-XX:MinHeapFreeRatio設置JVM堆最小空閒比率(default 40)
   MaxHeapFreeRatio         = 100 //對應jvm啓動參數 -XX:MaxHeapFreeRatio設置JVM堆最大空閒比率(default 70)
   MaxHeapSize              = 1073741824 (1024.0MB) //對應jvm啓動參數-XX:MaxHeapSize=設置JVM堆的最大大小
   NewSize                  = 22020096 (21.0MB) //對應jvm啓動參數-XX:NewSize=設置JVM堆的新生代的默認大小
   MaxNewSize               = 357564416 (341.0MB) //對應jvm啓動參數-XX:MaxNewSize=設置JVM堆的新生代的最大大小
   OldSize                  = 45088768 (43.0MB) //對應jvm啓動參數-XX:OldSize=<value>:設置JVM堆的老年代的大小
   NewRatio                 = 2 //對應jvm啓動參數-XX:NewRatio=:新生代和老生代的大小比率
   SurvivorRatio            = 8 //對應jvm啓動參數-XX:SurvivorRatio=設置新生代中Eden區與Survivor區的大小比值
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB) // 元數據區大小
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB) //類壓縮空間大小
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB //元數據區最大大小
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB) //G1垃圾收集器每個Region大小

Heap Usage: //堆內存使用情況
PS Young Generation 
Eden Space: //Eden區內存分佈
   capacity = 17825792 (17.0MB) //Eden區總容量
   used     = 12704088 (12.115562438964844MB) //Eden區已使用
   free     = 5121704 (4.884437561035156MB) //Eden區剩餘容量
   71.26801434685203% used //Eden區使用比率
From Space: //其中一個Survivor區的內存分佈
   capacity = 2097152 (2.0MB)
   used     = 1703936 (1.625MB)
   free     = 393216 (0.375MB)
   81.25% used
To Space: //另一個Survivor區的內存分佈
   capacity = 2097152 (2.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 2097152 (2.0MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 52428800 (50.0MB) //老年代容量
   used     = 28325712 (27.013504028320312MB) //老年代已使用
   free     = 24103088 (22.986495971679688MB) //老年代空閒
   54.027008056640625% used //老年代使用比率
interned Strings occupying 2075304 bytes.

4）、jmap -histo:live 11666 | more

輸出存活對象統計信息

輸出：

num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
1:         46608        1111232  java.lang.String
2:          6919         734516  java.lang.Class
3:          4787         536164  java.net.SocksSocketImpl
4:         15935         497100  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node
5:         28561         436016  java.lang.Object

5、jhat:虛擬機堆轉儲快照分析工具

jhat命令和jmap搭配使用，來分析jmap生成的堆轉儲快照。jhat內置了一個小型的HTTP/HTML服務器，生成dump分析結果後，可以在瀏覽器中進行查看。不過在實際環境中，很少有人會使用該命令就行快照分析，除非手頭上別無選擇。主要原因：一是一般不會在部署應用程序的服務器上直接分析 dump文件，即使可以這樣做，也會盡量將dump文件複製到別的機器上完成分析，因爲分析工作是一個耗時而且消耗硬件資源的過程。另一個原因就是jhat的分析功能相對來說比較簡陋。

命令格式：

jhat [option] [dumpfile]

option參數解釋：

-stack false: 關閉對象分配調用堆棧的跟蹤
-refs false: 關閉對象引用的跟蹤
-port <port>: HTTP服務器端口，默認是7000
-debug <int>: debug級別

　　 0: 無debug輸出

　　 1: Debug hprof file parsing

　　 2: Debug hprof file parsing, no server

-version 分析報告版本

6、jstack:java堆棧跟蹤工具

jstack是用來查看JVM線程快照的命令，線程快照是當前JVM線程正在執行的方法堆棧集合。使用jstack命令可以定位線程出現長時間卡頓的原因，例如死鎖，死循環等。jstack還可以查看程序崩潰是生成的core文件中的stack信息。

命令格式：

jstack [option] vmid

option參數：

-F: 當正常輸出的請求不被響應是，強制輸出線程堆棧
-l:除堆棧外，顯示關於鎖的附加信息
-m：如果調用本地方法的話，可以顯示C/C++的堆棧

常用示例：

jstack -l 11666 | more

Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.25-b02 mixed mode):

"Attach Listener" #25525 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007fd374002000 nid=0x70e8 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None
......

在JDK1.5中，java.lang.Thread類新增了一個getAllStackTraces（）方法用於獲取虛擬機中所有線程的StackTraceElement對象。使用這個方法可以通過簡單的幾行代碼完成jstack的大部分功能。