Java性能調優工具

Java性能調優工具

1、JDK命令行工具                                                                       

1.1、jps命令

      jps用於列出Java的進程，jps可以增加參數，-m用於輸出傳遞給Java進程的參數，-l用於輸出主函數的完整路徑，-v可以用於顯示傳遞給jvm的參數。

1 2	jps -l -m -v 31427 sun.tools.jps.Jps -l -m -v -Dapplication.home=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.7.0_55.jdk/Contents/Home -Xms8m

1.2、jstat命令

      jstat是一個可以用於觀察Java應用程序運行時信息的工具，它的功能非常強大，可以通過它查看堆信息的詳細情況，它的基本使用方法爲：

1	jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

　　選項option可以由以下值組成：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

jstat -class pid:顯示加載class的數量，及所佔空間等信息。  jstat -compiler pid:顯示VM實時編譯的數量等信息。  jstat -gc pid:可以顯示gc的信息，查看gc的次數，及時間。其中最後五項，分別是young gc的次數，young gc的時間，full gc的次數，full gc的時間，gc的總時間。  jstat -gccapacity:可以顯示，VM內存中三代（young,old,perm）對象的使用和佔用大小，如：PGCMN顯示的是最小perm的內存使用量，PGCMX顯示的是perm的內存最大使用量，PGC是當前新生成的perm內存佔用量，PC是但前perm內存佔用量。其他的可以根據這個類推， OC是old內純的佔用量。  jstat -gcnew pid:new對象的信息。  jstat -gcnewcapacity pid:new對象的信息及其佔用量。  jstat -gcold pid:old對象的信息。  jstat -gcoldcapacity pid:old對象的信息及其佔用量。  jstat -gcpermcapacity pid: perm對象的信息及其佔用量。  jstat -gcutil pid:統計gc信息統計。  jstat -printcompilation pid:當前VM執行的信息。  除了以上一個參數外，還可以同時加上 兩個數字，如：jstat -printcompilation 3024 250 6是每250毫秒打印一次，一共打印6次。

      這些參數中最常用的參數是gcutil，下面是該參數的輸出介紹以及一個簡單例子：　　

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S0  — Heap上的 Survivor space 0 區已使用空間的百分比  S1  — Heap上的 Survivor space 1 區已使用空間的百分比  E   — Heap上的 Eden space 區已使用空間的百分比  O   — Heap上的 Old space 區已使用空間的百分比  P   — Perm space 區已使用空間的百分比  YGC — 從應用程序啓動到採樣時發生 Young GC 的次數  YGCT– 從應用程序啓動到採樣時 Young GC 所用的時間(單位秒)  FGC — 從應用程序啓動到採樣時發生 Full GC 的次數  FGCT– 從應用程序啓動到採樣時 Full GC 所用的時間(單位秒)  GCT — 從應用程序啓動到採樣時用於垃圾回收的總時間(單位秒)      實例使用1：      [root@localhost bin]# jstat -gcutil 25444        S0     S1     E      O      P     YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT       11.63   0.00   56.46  66.92  98.49 162    0.248    6      0.331    0.579

1.3、jinfo命令

      jinfo可以用來查看正在運行的Java應用程序的擴展參數，甚至在運行時修改部分參數，它的基本語法爲：

1	jinfo  <option>  <pid>

　　jinfo可以查看運行時參數：

1 2	jinfo -flag MaxTenuringThreshold 31518 -XX:MaxTenuringThreshold=15

　　jinfo還可以在運行時修改參數值：

1 2 3 4 5

> jinfo -flag PrintGCDetails 31518 -XX:-PrintGCDetails > jinfo -flag +PrintGCDetails 31518 > jinfo -flag PrintGCDetails 31518 -XX:+PrintGCDetails

1.4、jmap命令

      jmap命令主要用於生成堆快照文件，它的使用方法如下：

1 2 3

> jmap -dump:format=b,file=heap.hprof 31531 Dumping heap to /Users/caojie/heap.hprof ... Heap dump file created

　　獲得堆快照文件之後，我們可以使用多種工具對文件進行分析，例如jhat，visual vm等。

1.5、jhat命令

      使用jhat工具可以分析Java應用程序的堆快照文件，使用命令如下：

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> jhat heap.hprof Reading from heap.hprof... Dump file created Tue Nov 11 06:02:05 CST 2014 Snapshot read, resolving... Resolving 8781 objects... Chasing references, expect 1 dots. Eliminating duplicate references. Snapshot resolved. Started HTTP server on port 7000 Server is ready.

　　jhat在分析完成之後，使用HTTP服務器展示其分析結果，在瀏覽器中訪問http://127.0.0.1:7000/即可得到分析結果。

1.6、jstack命令

　　jstack可用於導出Java應用程序的線程堆棧信息，語法爲：

1	jstack -l <pid>

　　jstack可以檢測死鎖，下例通過一個簡單例子演示jstack檢測死鎖的功能。java代碼如下：

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public class DeadLock extends Thread {     protected Object myDirect;     static ReentrantLock south = new ReentrantLock();     static ReentrantLock north = new ReentrantLock();       public DeadLock(Object obj) {         this.myDirect = obj;         if (myDirect == south) {             this.setName("south");         }         if (myDirect == north) {             this.setName("north");         }     }       @Override     public void run() {         if (myDirect == south) {             try {                 north.lockInterruptibly();                 try {                     Thread.sleep(500);                 } catch (Exception e) {                     e.printStackTrace();                 }                 south.lockInterruptibly();                 System.out.println("car to south has passed");             } catch (InterruptedException e1) {                 System.out.println("car to south is killed");             } finally {                 if (north.isHeldByCurrentThread())                     north.unlock();                 if (south.isHeldByCurrentThread())                     south.unlock();             }           }         if (myDirect == north) {             try {                 south.lockInterruptibly();                 try {                     Thread.sleep(500);                 } catch (Exception e) {                     e.printStackTrace();                 }                 north.lockInterruptibly();                 System.out.println("car to north has passed");             } catch (InterruptedException e1) {                 System.out.println("car to north is killed");             } finally {                 if (north.isHeldByCurrentThread())                     north.unlock();                 if (south.isHeldByCurrentThread())                     south.unlock();             }           }     }       public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         DeadLock car2south = new DeadLock(south);         DeadLock car2north = new DeadLock(north);         car2south.start();         car2north.start();         Thread.sleep(1000);     } }

　　使用jps命令查看進程號爲32627，然後使用jstack -l 32637 > a.txt命令把堆棧信息打印到文件中，該文件內容如下：

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2014-11-11 21:33:12 Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (24.55-b03 mixed mode):   "Attach Listener" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c803000 nid=0x3307 waiting on condition [0x0000000000000000]    java.lang.Thread.State: RUNNABLE      Locked ownable synchronizers:     - None   "DestroyJavaVM" prio=5 tid=0x00007f8d0b80b000 nid=0x1903 waiting on condition [0x0000000000000000]    java.lang.Thread.State: RUNNABLE      Locked ownable synchronizers:     - None   "north" prio=5 tid=0x00007f8d0c075000 nid=0x5103 waiting on condition [0x0000000115b06000]    java.lang.Thread.State: WAITING (parking)     at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)     - parking to wait for  <0x00000007d55ab600> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)     at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)     at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)     at DeadLock.run(DeadLock.java:48)      Locked ownable synchronizers:     - <0x00000007d55ab5d0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)   "south" prio=5 tid=0x00007f8d0c074800 nid=0x4f03 waiting on condition [0x0000000115a03000]    java.lang.Thread.State: WAITING (parking)     at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)     - parking to wait for  <0x00000007d55ab5d0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)     at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)     at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)     at DeadLock.run(DeadLock.java:28)      Locked ownable synchronizers:     - <0x00000007d55ab600> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)   "Service Thread" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c025800 nid=0x4b03 runnable [0x0000000000000000]    java.lang.Thread.State: RUNNABLE      Locked ownable synchronizers:     - None   "C2 CompilerThread1" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c025000 nid=0x4903 waiting on condition [0x0000000000000000]    java.lang.Thread.State: RUNNABLE      Locked ownable synchronizers:     - None   "C2 CompilerThread0" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0d01b000 nid=0x4703 waiting on condition [0x0000000000000000]    java.lang.Thread.State: RUNNABLE      Locked ownable synchronizers:     - None   "Signal Dispatcher" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0c022000 nid=0x4503 runnable [0x0000000000000000]    java.lang.Thread.State: RUNNABLE      Locked ownable synchronizers:     - None   "Finalizer" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0d004000 nid=0x3103 in Object.wait() [0x000000011526a000]    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)     at java.lang.Object.wait(Native Method)     - waiting on <0x00000007d5505568> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)     at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:135)     - locked <0x00000007d5505568> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)     at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:151)     at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:189)      Locked ownable synchronizers:     - None   "Reference Handler" daemon prio=5 tid=0x00007f8d0d001800 nid=0x2f03 in Object.wait() [0x0000000115167000]    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)     at java.lang.Object.wait(Native Method)     - waiting on <0x00000007d55050f0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)     at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)     - locked <0x00000007d55050f0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)      Locked ownable synchronizers:     - None   "VM Thread" prio=5 tid=0x00007f8d0b83b000 nid=0x2d03 runnable   "GC task thread#0 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0b818000 nid=0x2503 runnable   "GC task thread#1 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0b819000 nid=0x2703 runnable   "GC task thread#2 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0d000000 nid=0x2903 runnable   "GC task thread#3 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007f8d0d001000 nid=0x2b03 runnable   "VM Periodic Task Thread" prio=5 tid=0x00007f8d0c02e800 nid=0x4d03 waiting on condition   JNI global references: 109     Found one Java-level deadlock: ============================= "north":   waiting for ownable synchronizer 0x00000007d55ab600, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),   which is held by "south" "south":   waiting for ownable synchronizer 0x00000007d55ab5d0, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),   which is held by "north"   Java stack information for the threads listed above: =================================================== "north":     at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)     - parking to wait for  <0x00000007d55ab600> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)     at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)     at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)     at DeadLock.run(DeadLock.java:48) "south":     at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)     - parking to wait for  <0x00000007d55ab5d0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)     at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:894)     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)     at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)     at DeadLock.run(DeadLock.java:28)   Found 1 deadlock.

　　從這個輸出可以知道：

      1、在輸出的最後一段，有明確的"Found one Java-level deadlock"輸出，所以通過jstack命令我們可以檢測死鎖；

      2、輸出中包含了所有線程，除了我們的north,sorth線程外，還有"Attach Listener", "C2 CompilerThread0", "C2 CompilerThread1"等等；

      3、每個線程下面都會輸出當前狀態，以及這個線程當前持有鎖以及等待鎖，當持有與等待造成循環等待時，將導致死鎖。

1.7、jstatd命令

       jstatd命令是一個RMI服務器程序，它的作用相當於代理服務器，建立本地計算機與遠程監控工具的通信，jstatd服務器能夠將本機的Java應用程序信息傳遞到遠程計算機，由於需要多臺計算機做演示，此處略。

1.8、hprof工具　　

       hprof工具可以用於監控Java應用程序在運行時的CPU信息和堆信息，關於hprof的官方文檔如下：https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/samples/hprof.html

 

2、Visual VM工具                                                                       

      Visual VM是一個功能強大的多合一故障診斷和性能監控的可視化工具，它集成了多種性能統計工具的功能，使用Visual VM可以替代jstat、jmap、jhat、jstack等工具。在命令行輸入jvisualvm即可啓動visualvm。

      打開Visual VM之後，左邊導航欄會顯示出當前機器所有Java進程：

      點擊你想監控的程序即可對該程序進行監控，Visual VM的性能監控頁一共有以下幾個tab頁：

      概述頁會顯示程序的基本使用情況，比如，進程ID，系統屬性，啓動參數等。

      通過監視頁面，可以監視應用程序的CPU、堆、永久區、類加載器和線程數的整體情況，通過頁面上的Perform GC和Heap Dump按鈕還可以手動執行Full GC和生成堆快照。

      線程頁面會提供詳細的線程信息，單擊Thread Dump按鈕可以導出當前所有線程的堆棧信息，如果Visual VM在當前線程中找到死鎖，則會以十分顯眼的方式在Threads頁面給予提示。

      抽樣器可以對CPU和內存兩個性能進行抽樣，用於實時地監控程序。CPU採樣器可以將CPU佔用時間定位到方法，內存採樣器可以查看當前程序的堆信息。下面是一個頻繁調用的Java程序，我們會對改程序進行採樣：

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public class MethodTime {     static java.util.Random r=new java.util.Random();     static Map<String,String> map=null;     static{         map=new HashMap<String,String>();         map.put("1", "Java");         map.put("2", "C++");         map.put("3", "Delphi");         map.put("4", "C");         map.put("5", "Phython");     }     public String getNameById(String id){         try {             Thread.sleep(1);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         return map.get(id);     }           public List<String> getNamesByIds(String ids){         List<String> re=new ArrayList<String>();         String[] strs=ids.split(",");         for(String id:strs){             re.add(getNameById(id));         }         return re;     }           public List<String> getNamesByIdsBad(String ids){         List<String> re=new ArrayList<String>();         String[] strs=ids.split(",");         for(String id:strs){             //A bad code             getNameById(id);             re.add(getNameById(id));         }         return re;     }           public class NamesByIdsThread implements Runnable{         @Override         public void run() {             try{                 while(true){                     int c=r.nextInt(4);                     String ids="";                     for(int i=0;i<c;i++)                         ids=Integer.toString((r.nextInt(4)+1))+",";                     getNamesByIds(ids);                 }             }catch(Exception e){             }         }     }           public class NamesByIdsBadThread implements Runnable{         @Override         public void run() {             try{                 while(true){                     int c=r.nextInt(4);                     String ids="";                     for(int i=0;i<c;i++)                         ids=Integer.toString((r.nextInt(4)+1))+",";                     getNamesByIdsBad(ids);                 }             }catch(Exception e){             }         }     }           public static void main(String args[]){         MethodTime instance=new MethodTime();         new Thread(instance.new NamesByIdsThread()).start();         new Thread(instance.new NamesByIdsBadThread()).start();     } }

　　通過Visual VM的採樣功能，可以找到改程序中佔用CPU時間最長的方法：

      默認Visual VM不統計內置對象的函數調用，比如java.*包中的類，如果要統計這些內置對象，單機右上角的設置進行調配。Visual VM雖然可以統計方法的調用時間，但是無法給出方法調用堆棧，Jprofile不僅可以給出方法調用時間，還可以給出方法調用堆棧，較Visual VM更強大。

      右擊左導航的應用程序，會出現以下菜單：

      單機應用程序快照，可以分析當前應用程序的快照，單擊堆Dump能夠對當前的堆信息進行分析。Visual VM的更多使用方法，可以查看Oracle的官方文檔https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/visualvm/index.html

BTrace插件

      BTrace是一款功能強大的性能檢測工具，它可以在不停機的情況下，通過字節碼注入，動態監控系統的運行情況，它可以跟蹤指定的方法調用、構造函數調用和系統內存等信息，本部分打算舉一個例子，講解一下BTrace的使用。要在Visual VM中使用Btrace，首先需要安裝Btrace插件，點擊工具->插件即可在線安裝，安裝後右鍵應用程序，就會出現如下選項：

      點擊Trace application，即可進入BTrace插件界面。使用BTrace可以監控指定函數的耗時，以下腳本通過正則表達式，監控所有類的getNameById方法：

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import com.sun.btrace.annotations.*; import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;   @BTrace public class TracingScript {     @TLS     private static long startTime = 0;           @OnMethod(clazz="/.+/", method="/getNameById/")//監控任意類的getNameById方法     public static void startMethod() {         startTime=timeMillis();     }           @OnMethod(clazz="/.+/", method="/getNameById/",     location=@Location(Kind.RETURN))//方法返回時觸發     public static void endMethod() {         print(strcat(strcat(name(probeClass()), "."), probeMethod()));         print(" [");         print(strcat("Time taken : ", str(timeMillis() - startTime)));         println("]");     } }

　　點擊運行，部分輸出如下：

1 2 3 4

MethodTime.getNameById [Time taken : 5] MethodTime.getNameById [Time taken : 4] MethodTime.getNameById [Time taken : 7] MethodTime.getNameById [Time taken : 7]

　　BTrace除了可以監控函數耗時外，還可以指定程序運行到某一行代碼觸發某一行爲，定時觸發行爲，監控函數參數等等。

3、MAT內存分析工具                                                                    

     MAT是一款功能強大的Java堆內存分析器，可以用於查找內存泄露以及查看內存消耗情況，MAT的官方文檔如下：http://help.eclipse.org/luna/index.jsp?topic=/org.eclipse.mat.ui.help/welcome.html。

    在MAT中有淺堆和深堆的概念，淺堆是指一個對象結構所佔用的內存大小，深堆是指一個對象被GC回收後可以真正釋放的內存大小。

    通過MAT，可以列出所有垃圾回收的根對象，Java系統的根對象可能是以下類：系統類，線程，Java局部變量，本地棧等等。在MAT中還可以很清楚的看到根對象到當前對象的引用關係鏈。

    MAT還可以自動檢測內存泄露，單擊菜單上的Leak Suspects命令，MAT會自動生成一份報告，這份報告羅列了系統內可能存在內存泄露的問題點。

    在MAT中，還可以自動查找並顯示消耗內存最多的幾個對象，這些消耗大量內存的大對象往往是解決系統性能問題的關鍵所在。