虚拟机性能监控和处理工具

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1. 虚拟机监控和处理工具

虚拟机监控和处理工具

虚拟机的处理工具主要包括JDK命令行工具和JDK可视化工具，

JDK命令行工具

Jdk命令行工具都在JAVA_HOM/bin目录下，具体如下:

虚拟机性能监控和处理工具-目录

通过上图可以看出每个工具的大小都不是很大，其实它们只是JAVA_HOME/lib/tools.jar类库的一个包装而已，在tools.jar中都包含这些命令的实现代码，tools.jar不属于Java的标准API，如下图：

虚拟机性能监控和处理工具-tools包

下面介绍一下主要的命令行工具：

主要作用	名称
jps	JVM Process Status Tool，用于显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程
jstat	JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机运行数据
jinfo	Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息
jmap	Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照(heapdump 文件)
jhat	JVM Heap Dump Brower，用于分析headdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果
jstack	Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照

下面将详细介绍每一个命令：

jps：虚拟机进程状况工具

该命令类似于Linux的ps命令，作用也差不多：可以列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类(Main Class ，main()方法所在的类)名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID(Local Virtual Machine Identifier,LVMID)。虽然功能比较单一，但是使用频率最高的JDK命令，因为很多命令的操作都是基于LVMID的，并且会显示主类名很多时候都是通过主类名进行区分的。

jps命令格式：

jps [options][hostid]

jsp执行样例：

虚拟机性能监控和处理工具-jps执行样例

远程执行样例：

虚拟机性能监控和处理工具-jps远程执行样例

jps命令各个选项的含义

选项	作用
-q	只输出LVMID，省略主类的名称
-m	输出虚拟机进程启动时传递给主类main()函数的参数
-l	输出主类的全名，如果进程执行的是jar包，输出jar路径
-v	输出JVM启动时JVM参数

jstat：虚拟机统计信息监工具

jstat(JVM Statistics Monitoring Tool)是用于监视虚拟机各种状态信息的命令行工具。它可以显示本地或者远程虚拟机的类加载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。下面来一一展现(这里使用的是Tomcat的实例测试的，VM参数上面演示JPS的时候已经给出)：

命令格式：jstat [option vmid [interval[s|ms] [count]]]

jstat -gc 2176 1000 10 每1秒钟对进程2176进行一次垃圾收集查询，共查询10次

虚拟机性能监控和处理工具-jstat-gc

通过上图可以看出每个区的使用情况和Minor GC、Full GC次数和时间、总GC时间，详细如下

S0C(Survivor0区总大小)    S1C(Survivor1区总大小)    S0U(Survivor0区使用量)    S1U(Survivor01区使用量)  EC(Eden区总大小)    EU(Eden区使用量)         
OC(Old区总大小)     OU(Old区使用量)        
PC(持久区总大小)     PU(持久区使用量)         
YGC(Minor GC次数)   YGCT(Minor GC消耗时间(s))   FGC(Full GC次数)       FGCT(Full GC时间(s))      GCT(所有GC时间(s))

jstat -gcutil 2176 1000 10 输出每个区占总空间的百分比，每一秒钟输出一次总共输出10次

虚拟机性能监控和处理工具-jstat-gcutil

S0(Survivor0 使用了0%) S0(Survivor0 使用了8.06%)
E(Eden区使用了59%)
O(Old区使用了73%)
P(永久区使用了99%)
YGC(Minor GC次数)
YGCT(Minor GC时间s)
FGC(Full GC次数)
FGCT(Full GC时间s)
GCT(总GC时间s)

下面介绍jstat命令都有哪些option

选项	作用
-class	监视类装载、卸载数量、总空间以及装载所消耗的时间
-gc	监视Java堆状况，包括Eden区、两个Survivor区、老年代、永久代等的容量，GC次数、时间合计
-gccapacity	监视内容与`-gc`基本相同，但是输出关注Java堆各个区域使用到的最大、最小空间
-gcutil	监视内容与`-gc`基本相同，但是输出关注Java堆各个区域所占百分比
-gccause	与`-gcutil`功能一样，但是会额外输出导致上一次GC产生的原因
-gcnew	监视新生代GC状况
-gcnewcapacity	监视内容与`-gcnew`基本相同，输出主要关注使用最大、最小空间
-gcold	监视老年代GC状况
-gcoldcapacity	监视内容与`-gcold`输出主要关注使用最大、最小空间
-gcpermcapacity	输出永久代使用到的最大、最小空间
-compiler	输出JIT编译器编译过的方法、耗时等信息
-printcompilation	输出已经被JIT编译好的方法

jinfo：Java配置信息工具

jinfo(Configuration Info for Java)的作用是实时地查看和调整虚拟机各项参数。可以使用-sysprops选项把虚拟机进程的System.getProperties()的内容打印出来。改命令在JDK5时，只能在Linux使用；JDK6后可以在Windows使用。

jinfo命令格式：

jinfo [option] <pid>

pid就不用介绍了，option介绍一下：

虚拟机性能监控和处理工具-jinfo-option

-flag <name>表示输出对应VM flag name的值

-flag [+|-]<name>表示设置或者取消指定VM flag name

-flag <name>=<value>表示设置给定的值到指定VM flag name的值

-flags表示输出所有的VM flags

-sysprops表示输出Java的系统属性

演示案例如下：

jinfo -flags

虚拟机性能监控和处理工具-jinfo-flags

jinfo -flag PrintGCDetails

查看打印GC详细信息当前值

动态取消打印GC详情信息

动态设置打印GC详细信息

jmap：Java内存映像工具

jmap(Memory Map for Java)命令用于生成堆转储快照(一般称为headdump或dump文件)。jmap的作用并不仅仅是为了获取dump文件，它还可以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息。但是在Windows平台下都是受限的。

jmap命令格式：

虚拟机性能监控和处理工具-jmap-命令格式

-heap输出java堆的信息

-histo输出java堆对象的直方图，如果指定了live参数则只统计存活对象的

-permstat输出永久代的信息

-finalizerinfo 输出等待进行finalization的对象的信息

各个option的详细信息：

选择	作用
-dump	生成Java堆转存快照。格式为：`-dump:[live,] format=b file=<filename>`
-finalizerinfo	显示等待Finalizer线程执行finalize方法的对象，只在Linux/Solaris平台下有效
-heap	显示Java堆详细信息，如使用哪种回收器、参数配置、分代状况等。只在Linux/Solaris平台有效
-histo	显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量
-permstat	以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态。只在Linux/Solaris平台下有效
-F	当虚拟机进程对-dump选项没有响应时，可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux/Solaris平台有效

演示案例：

-dump

虚拟机性能监控和处理工具-jmap-dump

-finalizerinfo

虚拟机性能监控和处理工具-jmap-finalizerinfo

-heap

虚拟机性能监控和处理工具-jmap-heap

-histo

虚拟机性能监控和处理工具-jmap-histo

-permstat

虚拟机性能监控和处理工具-jmap-permstat

jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

JDK提供jhat(JVM Heap Analysis Tool)命令与jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照。jhat内置了一个微型HTTP服务器，可以通过浏览器查看分析结果。不过在实际情况中一般不会在生成环境的机器上进行分析，而且该命令分析的结果对于我们后面介绍的VisualVM工具分析出来的太过于简单。具体使用如下：

虚拟机性能监控和处理工具-jhat

访问本机的7000端口就可以查看到分析结果

虚拟机性能监控和处理工具-jhat-结果

分析结果默认是以包为单位显示，分析内存泄漏问题主要会使用到其中的”Heap Histogram”与OQL(类似于SQL)页签的功能，前者可以找到内存中总容量最大的对象，后者是标准的对象查询语句。

jstack：Java堆栈跟踪工具

jstack(Stack Trace for Java)命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照；线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈集合，生成快照的目的是定位出现长时间停顿的原因，如线程死锁、死循环、请求外部资源导致长时间等待等。

jstack命令格式

jstack [option] vmid

虚拟机性能监控和处理工具-jstack

-F，当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈

-l，除堆栈外，显示关于锁的附加信息

-m，如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈

使用示例如下：

虚拟机性能监控和处理工具-jstack-l

也可以通过代码的方式获取线程相关的信息：

在JDK1.5中，java.lang.Thread类新增了一个getAllStackTraces()方法用于获取虚拟机中所有线程的StackTraceElement对象，使用该对象可以实现通过浏览器查看线程堆栈：

<%@ page import="java.util.Map" %>
<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
		 pageEncoding="UTF-8"%>
<html>
<head>
<title>服务器线程信息</title>
</head>
<body>
<pre>
<%
    for (Map.Entry<Thread, StackTraceElement[]> stackTrace : Thread.getAllStackTraces().entrySet()) {
        Thread thread = stackTrace.getKey();
        StackTraceElement[] stack = stackTrace.getValue();
        if(thread.equals(Thread.currentThread())){
            continue;
        }
        out.print("\n线程："+thread.getName()+","+thread.getState()+"\n");
        for(StackTraceElement element:stack){
            out.print("\t"+element+"\t");
        }
    }
%>
</pre>
</body>
</html>

JDK可视化工具

JConsole：Java 监视与管理控制台

JConsole是一种基于JMX的可视化监视、管理工具。

启动JConsole

通过JDK/bin目录下的jconsole.exe启动JConsole后，将自动搜索本机运行的所有虚拟机进程。具体如下图：

内存监控

“内存”页签相当于可视化的jstat命令，用于监视收集器管理JVM内存的变化趋势，通过如下代码来实验一下：

public class MonitoringTest {
    static class OOMObject {
        public byte[] placeHolder = new byte[64 * 1024];
    }
    public static void fillHeap(int num) throws InterruptedException {
        ArrayList<OOMObject> oomObjects = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            Thread.sleep(50);
            oomObjects.add(new OOMObject());
        }
        System.gc();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int read = System.in.read();
        System.out.println(read);
        fillHeap(1000);
    }
}

该程序的启动参数，-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC。这段代码很简单就是以64kb/50毫秒的速度向Java堆填冲数据，一共填冲1000次；我们通过JConsole进行内存监控并和jstat命令对比

下图是通过命令jstat -gc 10324 250 500 输出的部分结果：

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-jstat对比

通过红色的竖框可以看出，eden区空间的增加是有规律的，每次增加320k。这是因为命令是250毫秒输出一次GC信息，程序正好增加了320k的内存。红色的横框表示发生了一次YGC有部分数据进入S1和老年代。下面来看JConsole通过图形的表现：

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-eden区

通过图可以看出Eden区的运行趋势呈现折线状，整个趋势也大致符合jstat命令监控出来的数据

线程监控

在JConsole工具的“线程”页签可以查看线程的信息，类似jstack命令，监控线程长时间停顿的组要原因：等待外部资源(网络连接)、死循环、锁等待(死锁和活锁)。下面通过代码来：

public class ThreadMonitoring {
    /**
     * 死循环演示
     */
    public static void createBusyThread() {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true)
                    ;
            }
        }, "testBusyThread");
        thread.start();
    }
    /**
     * 线程锁等待
     * @param lock
     */
    public static void createLockThread(final Object lock) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock){
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"testLockThread");
        thread.start();
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        bufferedReader.readLine();
        createBusyThread();
        bufferedReader.readLine();
        Object obj = new Object();
        createLockThread(obj);
    }
}

程序运行后进入JConsole界面，点击“线程”选项页，如下：

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-线程监控-main

可以看到main线程在等待read流；我们在程序运行控制输入字符回车，这个时候线程testBusyThread开始运行，如下

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-线程监控-testBusyThread

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-线程监控-main2

该线程一值在运行，并且运行的代码在ThreadMonitoring.java的20行，main线程又是阻塞状态。再次在控制台输入字符，继续程序的执行，结果如下：

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-线程监控-testLockThread

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-线程监控-testBusyThread2

可以看出main线程已经结束，testLockThread线程是WAITING状态，是在ThreadMonitoring.java的37行，等待lock对象执行notify或notifyAll方法，testBusyThread2线程还是一直处于运行状态。

死锁演示：

代码如下：

public class ThreadMonitoring {
    static class SynAddRunnable implements Runnable {
        int a;
        int b;
        public SynAddRunnable(int a, int b) {
            this.a = a;
            this.b = b;
        }
        @Override
        public void run() {
            synchronized (Integer.valueOf(a)) {
                synchronized (Integer.valueOf(b)) {
                    System.out.println(a + b);
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        for(int i=0;i<100;i++){
            new Thread(new SynAddRunnable(1,2)).start();
            new Thread(new SynAddRunnable(2,1)).start();
        }
    }
}

代码是开200个线程去分别计算1+2以及2+1的值。这里使用了Integer.valueOf()方法，该方法是基于减少对象创建次数和节省内存的考虑，[-128,127]之间的数字会被缓存，当valueOf()方法传入参数在该范围之内，将直接返回缓存中的对象，也就是循环200次，只公用两个对象；确实也出现了死锁，如下：

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-死锁1

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-死锁2

虚拟机性能监控和处理工具-jconsole-死锁3

通过上图可以看出出现了死锁，而且不同线程在等待其他线程的资源，导致线程卡住，不存在等待锁被释放的希望

VisualVM：多合一故障处理工具

VisualVM是目前为止随JDK发布的功能最强大的运行监控处理程序。官方文档介绍VisualVM的软件说明中写上了“All in One”，

插件安装

点击菜单，工具->插件，有可用插件和已安装插件，具体如下：

插件中心网址是:https://visualvm.github.io/
生成、浏览堆转存快照

在VisualVM中生成dump文件有两种方式：
- 在”Applications”窗口中右键点击应用程序节点，然后选择“堆dump”
- 在”Applications”窗口中双击应用程序节点以打开应用程序标签，然后在“监视”标签中点击“堆dump”
分析程序性能

在Profiler页签中，VisualVM提供了程序运行期间方法级的CPU执行时间分析以及内存分析

BTrace动态日志跟踪

BTrace是一个VisualVM插件，本身也是可以独立运行的程序，这是官网https://github.com/btraceio/btrace。它的作用是在不停止目标程序运行的前提下，通过HotSopt虚拟机的HotSwap技术动态加入原本并不存在的调试代码。具体演示如下：

public class BTraceTest {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BTraceTest bTraceTest = new BTraceTest();
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        for(int i=0;i<10;i++){
            bufferedReader.readLine();
            int a = (int) Math.round(Math.random()*1000);
            int b = (int) Math.round(Math.random()*1000);
            System.out.println(bTraceTest.add(a,b));
        }
    }
}

程序运行后，在VisualVM中打开该程序的监视，在BTree页签填充如下代码：

/* BTrace Script Template */
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;
@BTrace
public class TracingScript {
	/* put your code here */
@OnMethod(
  clazz="com.knight.jvm.BTraceTest",
  method="add",
  location=@Location(Kind.RETURN)
  )
public static void func(@Self com.knight.jvm.BTraceTest instance,int a,int b,@Return int result){
     println("调用堆栈：");
     jstack();
     println(strcat("方法参数A:",str(a)));
     println(strcat("方法参数b:",str(b)));
     println(strcat("方法结果:",str(result)));
}  
}