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

現實企業級Java應用開發、維護中,有時候我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過高
  • ......

 

這些問題在日常開發、維護中可能被很多人忽視(比如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),但能夠理解並解決這些問題是Java程序員進階的必備要求。本文將對一些常用的JVM性能調優監控工具進行介紹,希望能起拋磚引玉之用。

 

一、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool) : 基礎工具

jps主要用來輸出JVM中運行的進程狀態信息。語法格式如下:

jps [options] [hostid]

如果不指定hostid就默認爲當前主機或服務器。

命令行參數選項說明如下:

-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

 

比如下面:

root@ubuntu:/# jps -m -l2458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml29920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat3149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start30972 sun.tools.jps.Jps -m -l8247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start25687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat21711 mrf-center.jar

 

二、 jstack

jstack主要用來查看某個Java進程內的線程堆棧信息。語法格式如下:

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

 

命令行參數選項說明如下:

-l long listings,會打印出額外的鎖信息,在發生死鎖時可以用jstack -l pid來觀察鎖持有情況-m mixed mode,不僅會輸出Java堆棧信息,還會輸出C/C++堆棧信息(比如Native方法)

jstack可以定位到線程堆棧,根據堆棧信息我們可以定位到具體代碼,所以它在JVM性能調優中使用得非常多。下面我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 greproot     21711     1  1 14:47 pts/3    00:02:10 java -jar mrf-center.jar

得到進程ID爲21711,第二步找出該進程內最耗費CPU的線程,可以使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid,我這裏用第三個,輸出如下:

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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" 21742

得到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,然後根據線程ID的十六進制值grep,如下:

root@ubuntu:/# jstack 21711 | grep 54ee"PollIntervalRetrySchedulerThread" prio=10 tid=0x00007f950043e000 nid=0x54ee in Object.wait() [0x00007f94c6eda000]

可以看到CPU消耗在PollIntervalRetrySchedulerThread這個類的Object.wait(),我找了下我的代碼,定位到下面的代碼:

// Idle waitgetLog().info("Thread [" + getName() + "] is idle waiting...");schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;long now = System.currentTimeMillis();long waitTime = now + getIdleWaitTime();long timeUntilContinue = 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()。

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

jmap導出堆內存,然後使用jhat來進行分析

jmap語法格式如下:

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

如果運行在64位JVM上,可能需要指定-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,如下圖:

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

root@ubuntu:/# jmap -heap 21711Attaching to process ID 21711, please wait...Debugger attached successfully.Server compiler detected.JVM version is 20.10-b01using thread-local object allocation.Parallel GC with 4 thread(s)Heap Configuration:MinHeapFreeRatio = 40   MaxHeapFreeRatio = 70   MaxHeapSize      = 2067791872 (1972.0MB)NewSize          = 1310720 (1.25MB)MaxNewSize       = 17592186044415 MBOldSize          = 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,如果帶上live則只統計活對象,如下:

root@ubuntu:/# jmap -histo:live 21711 | more num     #instances         #bytes  class name----------------------------------------------   1:         38445        5597736  <constMethodKlass>   2:         38445        5237288  <methodKlass>   3:          3500        3749504  <constantPoolKlass>   4:         60858        3242600  <symbolKlass>   5:          3500        2715264  <instanceKlassKlass>   6:          2796        2131424  <constantPoolCacheKlass>   7:          5543        1317400  [I   8:         13714        1010768  [C   9:          4752        1003344  [B  10:          1225         639656  <methodDataKlass>  11:         14194         454208  java.lang.String  12:          3809         396136  java.lang.Class  13:          4979         311952  [S  14:          5598         287064  [[I  15:          3028         266464  java.lang.reflect.Method  16:           280         163520  <objArrayKlassKlass>  17:          4355         139360  java.util.HashMap$Entry  18:          1869         138568  [Ljava.util.HashMap$Entry;  19:          2443          97720  java.util.LinkedHashMap$Entry  20:          2072          82880  java.lang.ref.SoftReference  21:          1807          71528  [Ljava.lang.Object;  22:          2206          70592  java.lang.ref.WeakReference  23:           934          52304  java.util.LinkedHashMap  24:           871          48776  java.beans.MethodDescriptor  25:          1442          46144  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry  26:           804          38592  java.util.HashMap  27:           948          37920  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment  28:          1621          35696  [Ljava.lang.Class;  29:          1313          34880  [Ljava.lang.String;  30:          1396          33504  java.util.LinkedList$Entry  31:           462          33264  java.lang.reflect.Field  32:          1024          32768  java.util.Hashtable$Entry  33:           948          31440  [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry;

class name是對象類型,說明如下:

B  byteC  charD  doubleF  floatI  intJ  longZ  boolean[  數組,如[I表示int[][L+類名 其他對象

還有一個很常用的情況是:用jmap把進程內存使用情況dump到文件中,再用jhat分析查看。jmap進行dump命令格式如下:

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

我一樣地對上面進程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出來的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看,這裏用jhat查看:

root@ubuntu:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.datReading from /tmp/dump.dat...Dump file created Tue Jan 28 17:46:14 CST 2014Snapshot read, resolving...Resolving 132207 objects...Chasing references, expect 26 dots..........................Eliminating duplicate references..........................Snapshot resolved.Started HTTP server on port 9998Server is ready.

注意如果Dump文件太大,可能需要加上-J-Xmx512m這種參數指定最大堆內存,即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。然後就可以在瀏覽器中輸入主機地址:9998查看了:

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上面紅線框出來的部分大家可以自己去摸索下,最後一項支持OQL(對象查詢語言)。

 

四、jstat(JVM統計監測工具):

看看各個區內存和GC的情況

語法格式如下:

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


vmid是Java虛擬機ID,在Linux/Unix系統上一般就是進程ID。interval是採樣時間間隔。count是採樣數目。比如下面輸出的是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   192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1854.9   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1972.2   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1972.2   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   2109.7   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649

要明白上面各列的意義,先看JVM堆內存佈局:

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可以看出:

堆內存 = 年輕代 + 年老代 + 永久代年輕代 = Eden區 + 兩個Survivor區(From和To)

現在來解釋各列含義:

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


五、hprof(Heap/CPU Profiling Tool):

hprof能夠展現CPU使用率,統計堆內存使用情況。

語法格式如下:

java -agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClassjava -Xrunprof[:options] ToBeProfiledClassjavac -J-agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClass

完整的命令選項如下:

Option Name and Value  Description                    Default---------------------  -----------                    -------heap=dump|sites|all    heap profiling                 allcpu=samples|times|old  CPU usage                      offmonitor=y|n            monitor contention             nformat=a|b             text(txt) or binary output     afile=<file>            write data to file             java.hprof[.txt]net=<host>:<port>      send data over a socket        offdepth=<size>           stack trace depth              4interval=<ms>          sample interval in ms          10cutoff=<value>         output cutoff point            0.0001lineno=y|n             line number in traces?         ythread=y|n             thread in traces?              ndoe=y|n                dump on exit?                  ymsa=y|n                Solaris micro state accounting nforce=y|n              force output to <file>         yverbose=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=3 Hello

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能夠獲得更加細粒度的CPU消耗信息,能夠細到每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=times Hello.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=dump Hello.java

雖然在JVM啓動參數中加入-Xrunprof:heap=sites參數可以生成CPU/Heap Profile文件,但對JVM性能影響非常大,不建議在線上服務器環境使用。

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