JVM性能调优监控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof使用详解

时间 2019-12-12

标签 jvm 性能监控工具 jps jstack jmap jhat jstat hprof 使用详解栏目 Java 繁體版

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现实企业级Java开发中，有时候咱们会碰到下面这些问题：css

OutOfMemoryError，内存不足java
内存泄露nginx
线程死锁程序员
锁争用（Lock Contention）算法
Java进程消耗CPU太高shell
......apache

这些问题在平常开发中可能被不少人忽视（好比有的人遇到上面的问题只是重启服务器或者调大内存，而不会深究问题根源），但可以理解并解决这些问题是Java程序员进阶的必备要求。本文将对一些经常使用的JVM性能调优监控工具进行介绍，但愿能起抛砖引玉之用。本文参考了网上不少资料，难以一一列举，在此对这些资料的做者表示感谢！关于JVM性能调优相关的资料，请参考文末。ubuntu

A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool) 数组

jps主要用来输出JVM中运行的进程状态信息。语法格式以下：浏览器

jps [options] [hostid]

若是不指定hostid就默认为当前主机或服务器。

命令行参数选项说明以下：

-q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数 -m 输出传入main方法的参数 -l 输出main类或Jar的全限名 -v 输出传入JVM的参数

好比下面：

root@ubuntu:/# jps -m -l 2458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml 29920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat 3149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start 30972 sun.tools.jps.Jps -m -l 8247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start 25687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat 21711 mrf-center.jar

B、 jstack

jstack主要用来查看某个Java进程内的线程堆栈信息。语法格式以下：

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

命令行参数选项说明以下：

-l long listings，会打印出额外的锁信息，在发生死锁时能够用jstack -l pid来观察锁持有状况 -m mixed mode，不只会输出Java堆栈信息，还会输出C/C++堆栈信息（好比Native方法）

jstack能够定位到线程堆栈，根据堆栈信息咱们能够定位到具体代码，因此它在JVM性能调优中使用得很是多。下面咱们来一个实例找出某个Java进程中最耗费CPU的Java线程并定位堆栈信息，用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。

第一步先找出Java进程ID，我部署在服务器上的Java应用名称为mrf-center：

root@ubuntu:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v grep root     21711     1  1 14:47 pts/3    00:02:10 java -jar mrf-center.jar

获得进程ID为21711，第二步找出该进程内最耗费CPU的线程，可使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid，我这里用第三个，输出以下：

TIME列就是各个Java线程耗费的CPU时间，CPU时间最长的是线程ID为21742的线程，用

printf "%x\n" 21742

获得21742的十六进制值为54ee，下面会用到。

OK，下一步终于轮到jstack上场了，它用来输出进程21711的堆栈信息，而后根据线程ID的十六进制值grep，以下：

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

能够看到CPU消耗在PollIntervalRetrySchedulerThread这个类的Object.wait()，我找了下个人代码，定位到下面的代码：

// Idle wait getLog().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) {     } }

它是轮询任务的空闲等待代码，上面的sigLock.wait(timeUntilContinue)就对应了前面的Object.wait()。

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

jmap用来查看堆内存使用情况，通常结合jhat使用。

jmap语法格式以下：

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

若是运行在64位JVM上，可能须要指定-J-d64命令选项参数。

jmap -permstat pid

打印进程的类加载器和类加载器加载的持久代对象信息，输出：类加载器名称、对象是否存活（不可靠）、对象地址、父类加载器、已加载的类大小等信息，以下图：

使用jmap -heap pid查看进程堆内存使用状况，包括使用的GC算法、堆配置参数和各代中堆内存使用状况。好比下面的例子：

root@ubuntu:/# jmap -heap 21711 Attaching to process ID 21711, please wait... Debugger attached successfully. Server compiler detected. JVM version is 20.10-b01 using 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 MB    OldSize          = 5439488 (5.1875MB)    NewRatio         = 2    SurvivorRatio    = 8    PermSize         = 21757952 (20.75MB)    MaxPermSize      = 85983232 (82.0MB) Heap Usage: PS Young Generation Eden Space:    capacity = 6422528 (6.125MB)    used     = 5445552 (5.1932830810546875MB)    free     = 976976 (0.9317169189453125MB)    84.78829520089286% used From Space:    capacity = 131072 (0.125MB)    used     = 98304 (0.09375MB)    free     = 32768 (0.03125MB)    75.0% used To Space:    capacity = 131072 (0.125MB)    used     = 0 (0.0MB)    free     = 131072 (0.125MB)    0.0% used PS Old Generation    capacity = 35258368 (33.625MB)    used     = 4119544 (3.9287033081054688MB)    free     = 31138824 (29.69629669189453MB)    11.683876009235595% used PS Perm Generation    capacity = 52428800 (50.0MB)    used     = 26075168 (24.867218017578125MB)    free     = 26353632 (25.132781982421875MB)    49.73443603515625% used    ....

使用jmap -histo[:live] pid查看堆内存中的对象数目、大小统计直方图，若是带上live则只统计活对象，以下：

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是对象类型，说明以下：

B  byte C  char D  double F  float I  int J  long Z  boolean [  数组，如[I表示int[] [L+类名 其余对象

还有一个很经常使用的状况是：用jmap把进程内存使用状况dump到文件中，再用jhat分析查看。jmap进行dump命令格式以下：

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

我同样地对上面进程ID为21711进行Dump：

root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711      Dumping heap to /tmp/dump.dat ... Heap dump file created

dump出来的文件能够用MAT、VisualVM等工具查看，这里用jhat查看：

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

注意若是Dump文件太大，可能须要加上-J-Xmx512m这种参数指定最大堆内存，即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。而后就能够在浏览器中输入主机地址:9998查看了：

上面红线框出来的部分你们能够本身去摸索下，最后一项支持OQL（对象查询语言）。

D、jstat（JVM统计监测工具）

语法格式以下：

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

vmid是Java虚拟机ID，在Linux/Unix系统上通常就是进程ID。interval是采样时间间隔。count是采样数目。好比下面输出的是GC信息，采样时间间隔为250ms，采样数为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    0.649 192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1972.2   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649 192.0  192.0   64.0   0.0    6144.0   1972.2   32000.0     4111.6   55296.0 25472.7    702    0.431   3      0.218    0.649 192.0  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义，先看JVM堆内存布局：

能够看出：

堆内存 = 年轻代 + 年老代 + 永久代
年轻代 = Eden区 + 两个Survivor区（From和To）

如今来解释各列含义：

S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1区容量（Capacity）和使用量（Used）
EC、EU：Eden区容量和使用量
OC、OU：年老代容量和使用量
PC、PU：永久代容量和使用量
YGC、YGT：年轻代GC次数和GC耗时
FGC、FGCT：Full GC次数和Full GC耗时
GCT：GC总耗时

E、hprof（Heap/CPU Profiling Tool）

hprof可以展示CPU使用率，统计堆内存使用状况。

语法格式以下：

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

完整的命令选项以下：

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

来几个官方指南上的实例。

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

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

上面每隔20毫秒采样CPU消耗信息，堆栈深度为3，生成的profile文件名称是java.hprof.txt，在当前目录。

CPU Usage Times Profiling(cpu=times)的例子，它相对于CPU Usage Sampling Profile可以得到更加细粒度的CPU消耗信息，可以细到每一个方法调用的开始和结束，它的实现使用了字节码注入技术（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能生成更详细的Heap Dump信息：

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

虽然在JVM启动参数中加入-Xrunprof:heap=sites参数能够生成CPU/Heap Profile文件，但对JVM性能影响很是大，不建议在线上服务器环境使用。