[译]GC专家系列2：Java 垃圾回收的监控

时间  2019-12-11
标签 专家 系列 java 垃圾 回收 监控 栏目 Java 繁體版
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原文连接：http://www.cubrid.org/blog/dev-platform/how-to-monitor-java-garbage-collection/java

这是GC专家系列文章的第二篇。在第一篇理解Java垃圾回收中咱们学习了几种不一样的GC算法的处理过程，GC的工做方式，新生代与老年代的区别。到目前为止，你应该已经了解了JDK 7中的5种GC类型，以及每种GC对性能的影响。算法

在本篇中，我将介绍JVM在真实环境中如何运行GC的。segmentfault

什么是GC监控

GC监控 指的是在运行时跟踪JVM运行GC的过程。例如，经过GC监控，咱们能找出：网络

  1. 什么时候新生代的对象会被移动到老年代，有多少对象被移到了老年代。工具

  2. 什么时候stop-the-world发生以及持续时间。性能

经过GC监控，能发现JVM是否在有效的运行GC以及是否须要额外的GC调优。基于这些信息，咱们能够经过优化应用或者改变GC运行方式(GC调优)，从而提升应用性能。学习

如何作GC监控

GC监控的方式不少，区别在于GC操做信息的展现会有所不一样。GC是由JVM触发，由于GC监控工具展现的信息都是由JVM提供，因此无论使用哪一种方式作GC监控，最终获取的信息都是一致的。所以，没有必要深刻学习每种GC监控工具，只须要花些时间学习每种工具的使用方法，可以在不一样的场合选择合适的工具便可。优化

由于JVM规范没有要求暴露GC信息的标准方法，因此下面列出的工具或JVM选项并不能适用于全部不一样的JVM实现。在下面的介绍中都是基于Hotspot JVM(Oracle JVM)进行。由于NHN使用的是Oracle(Sun) JVM，因此在使用如下工具或JVM选项时并不会太困难。网站

首先，GC监控工具根据访问接口和方式不一样分为CUI和GUI。经典的CUI 工具可使用一个单独的CUI应用jstat，也能够在运行JVM时经过提供"-verbosegc"选项来实现。spa

GUI GC监控工具经过单独的GUI应用来实现，后面会介绍三个经常使用的GUI GC工具：jconsole, jvisualvm和Visual GC。

下面开始学习每一种GC监控方法：

jstat

jstat是Hotspot JVM内置的监控工具。Hotspot JVM还内置了其余监控工具如jps和jstatd。有时候须要这三种工具一块儿来监控Java应用的运行。

jstat 不仅提供GC操做的相关信息，也还提供类加载和即时编译器相关的操做信息。尽管如此，本文咱们只会涉及jstat提供的GC操做相关的功能。

jstat 位于$JDK_HOME/bin目录，若是java或javac命令可以正常运行，jstat命令也应该可以运行。

你能够在命令行中尝试一下：

$> jstat –gc  $<vmid$> 1000

S0C       S1C       S0U    S1U      EC         EU          OC         OU         PC         PU         YGC     YGCT    FGC      FGCT     GCT
3008.0   3072.0    0.0     1511.1   343360.0   46383.0     699072.0   283690.2   75392.0    41064.3    2540    18.454    4      1.133    19.588
3008.0   3072.0    0.0     1511.1   343360.0   47530.9     699072.0   283690.2   75392.0    41064.3    2540    18.454    4      1.133    19.588
3008.0   3072.0    0.0     1511.1   343360.0   47793.0     699072.0   283690.2   75392.0    41064.3    2540    18.454    4      1.133    19.588

$>

如上所示，真实的内存各部分数据状况按如下各列顺序列出：

SOC        S1C        S0U        S1U        EC        EU        OU        PC

vmid(虚拟机id: Virtual Machine ID)，见名示意，表示VM的ID。运行在本地或远程的虚拟机均可以经过vmid指定。运行在本地虚拟机上的Java应用的vmid又称为lvmid(Local vmid)，一般与PID相同。虽然能够经过ps命令或Windows的任务管理器查看PID的值从而获得lvmid，但更推荐使用jps，由于PID和lvmid之间并不老是一一对应。jps表示Java PS。正如ps命令能够看到PIDs和进程名，经过jps能够看到vmids和main方法信息。

经过jps找到你要监控的Java应用的vmid，而后做为jstat的参数便可。若是多个WAS实例运行在同一设备上时，若是只使用jps命令只能找到引导程序的信息。这时候就要ps -ef | grep java命令和jps命令一块儿使用。

GC性能数据须要持续观察，所以在运行jstat时须要定时输出GC的监控信息。

举例来讲：运行jstat -gc <vmid> 1000(or 1s)将会每隔1s在控制台上输出一次GC数据。jstat -gc <vmid> 1000 10将会每隔1s输出一次GC数据，总共输出10次。

与GC相关的选项除了-gc，还有其余一些，以下表所示：

选项名称 描述
gc 输出堆空间上各分区当前的大小及使用量(Ede, Survivor, Old等)，GC执行的总次数以及累积消耗的执行时长。
gccapacity 输出堆空间上各分区的最小和最大容量，当前大小，每一个区上的GC执行次数(不输出当前使用量和累积的GC耗时)。
gccause 除了输出 -gcutil提供的信息外，还会输出最后一次GC和当前GC的缘由。
gcnew 新生代上的GC性能数据。
gcnewcapacity 新生代容量的统计信息。
gcold 老年代的GC性能数据。
gcoldcapacity 老年代容量的统计信息。
gcpermcapacity 持久代(方法区)上的统计信息。
gcutil 以%的格式输出每一个分区的使用量。同时也会输出GC执行的总次数及累积耗时。

若是只关心GC频率，一般使用-gcutil(或者 -gccause), -gc, -gccapacity便可。

  • -gcutil 用于检测各区上的使用量，GC执行次数以及累积耗时，

  • -gccapacity 和其余的几个选项可用于输出实际已分配的内存大小。

使用-gc选项的输出以下：

S0C         S1C    …    GCT
1248.0     896.0    …    1.246
1248.0      896.0    …    1.246
…         …        …    …

给jstat指定不一样的选项会列出不一样的列，以下列所示。表格右侧列出了会输出此信息的jstat选项。

数据列 描述 支持的jstat 选项
S0C Survivor0的当前容量 -gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
S1C S1的当前容量 -gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
S0U S0的使用量 -gc
-gcnew
S1U S1的使用量 -gc
-gcnew
EC Eden区的当前容量 -gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
EU Eden区的使用量 -gc
-gcnew
OC old区的当前容量 -gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
OU old区的使用量 -gc
-gcnew
PC 方法区的当前容量 -gc
-gccapacity
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
PU 方法区的使用量 -gc
-gcold
YGC Young GC次数 -gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
YGCT Young GC累积耗时 -gc
-gcnew
-gcutil
-gccause
FGC Full GC次数 -gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
FGCT Full GC累积耗时 -gc
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
GCT GC总的累积耗时 -gc
-gcold
-gcoldcapacity
-gccapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
NGCMN 新生代最小容量 -gccapacity
-gcnewcapacity
NGCMX 新生代最大容量 -gccapacity
-gcnewcapacity
NGC 新生代当前容量 -gccapacity
-gcnewcapacity
OGCMN 老年代最小容量 -gccapacity
-gcoldcapacity
OGCMX 老年代最大容量 -gccapacity
-gcoldcapacity
OGC 老年代当前容量 -gccapacity
-gcoldcapacity
PGCMN 方法区最小容量 -gccapacity
-gcpermcapacity
PGCMX 方法区最大容量 -gccapacity
-gcpermcapacity
PGC 方法区当前容量 -gccapacity
-gcpermcapacity
PC 方法区的当前容量 -gccapacity
-gcpermcapacity
PU 方法区使用量 -gccapacity
-gcold
LGCC 上一次GC发生的缘由 -gccause
GCC 当前GC发生的缘由 -gccause
TT 存活阀值，若是对象在新生代移动次数超过此阀值，则会被移到老年代 -gcnew
MTT 最大存活阀值，若是对象在新生代移动次数超过此阀值，则会被移到老年代 -gcnew
DSS survivor区的理想容量 -gcnew

表格中容量数量单位为：KB

jstat的优势在于不论是本地仍是远程Java应用，你均可以经过jstat命令查看GC操做相关的数据，并经过控制台输出这些信息。在使用-gcutil选项时，会输出以下字段的信息。在作GC调优时，尤为要关注YGC, YGCT, FGC, FGCT和GCT的数据变化。

S0      S1       E        O        P        YGC    YGCT     FGC    FGCT     GCT
0.00    66.44    54.12    10.58    86.63    217    0.928     2     0.067    0.995
0.00    66.44    54.12    10.58    86.63    217    0.928     2     0.067    0.995
0.00    66.44    54.12    10.58    86.63    217    0.928     2     0.067    0.995

这些信息很是重要，它统计了GC运行时的耗时状况，能反映出GC的性能指标。

在上例中，YGC是217次, YGCT为0.928，平均下来每次young GC耗时4ms(0.004 s)。一样可算出full GC的平均耗时为33ms。

然而平均值对发现实现的GC问题并无太大的帮助，由于每次GC耗时一般会有巨大的误差(也就是说，若是full GC的平均值为0.067s，可能意味着其中一次GC耗时1ms，而另一次持续134ms)。为了能观察每次GC的独立耗时而非平均值，更好的方式是使用-verbosegc。

-verbosegc

-verbosegc 是运行Java应用时的一个JVM选项。jstat能够监控任何JVM应用而无需指定启动参数，-verbosegc去要在开启应用时就指定好，因此看起来-verbosegc并非一个必要的选项(由于可使用jstat完成相同工做)。然而当GC发生时-verbosegc的输出信息更容易理解，这对于监控烦杂的GC信息却大于益处。

jstat -verbosegc
监控目标 可输出日志到终端上的Java应用或者能经过jstatd链接到网络的远程Java应用 在启动JVM时指定了-verbosegc 参数的Java应用
输出信息 堆状态(使用量、最大容量、GC次数及累积耗时等) 每次GC先后新生代和老年代的容量变化及GC耗时
输出时机 任何指定的时间 任何GC发生时
优点 方便连续观察堆大小的变化 观察单次GC对系统的影响

在使用-verbosegc时还可同时指定如下附加选项：

  • -XX:+PrintGCDetails

  • -XX:+PrintGCTimeStamps

  • -XX:+PrintHeapAtGC

  • -XX:+PrintGCDateStamps(JDK6U4引入的选项)

若是只是指定了-verbosegc选项，则默认会同时指定-XX:+PrintGCDetails。另外，-verbosegc的附加选项均可以组合使用。

使用-verbosegc后，当有minor GC发生时，输出的数据格式以下：

[GC [<collector>: <starting occupancy1> -> <ending occupancy1>, <pause time1> secs] <starting occupancy3> -> <ending occupancy3>, <pause time3> secs]
字段 含义
Collector 使用的收集器
starting occupancy1 GC发生前的新生代大小
ending occupancy1 GC后新生代的大小
pause time1 执行minor GC时Java应用停顿的时长
starting occupancy3 GC发生前堆空间总大小
ending occupancy3 GC发生后堆空间总大小
pause time3 执行整体GC(包括Full GC)时Java应用停顿时长

下面是一个Full GC输出的例子：

[Full GC [Tenured: 3485K->4095K(4096K), 0.1745373 secs] 61244K->7418K(63104K), [Perm : 10756K->10756K(12288K)], 0.1762129 secs] [Times: user=0.19 sys=0.00, real=0.19 secs]

若是使用了[CMS回收算法]()，CMS相关信息也会紧接着提供出来。

由于-verbosegc选项能够把每次GC发生时的信息都以log方式输出，因此很容易观察GC操做关后heap使用率的变化状况。

(Java) VisualVM + Visual GC

Java Virsual VM是Oracle JDK提供的一个GUI式的图表/监控工具。

VisrualVM 截图
图1：VirsualVM 界面

与内置在JDK中的版本不一样，你能够在网站上单独下载Virsual VM。方便起见，JDK内置的版本称为Java VirsualVM(jvisualvm)，从网站上单独下载的称为Virsual VM(visualvm)。两者之间的特性并不彻底一致，在一些方面(例如安装插件等)会有细微的差异。就我我的而言，更偏向于使用单独下载的Virsual VM。

启动Visual VM后，若是你左侧面板上选择了但愿监控的应用，就会看到"Monitoring"一栏。从Monitoring栏中能够得到关于GC和内存堆的基本信息。

尽管能经过Visual VM的基本特性获得GC的基本状态，但并不能像使用jstat和-verbosegc同样得到更详细的信息。

若是想获得像jstat同样的详细信息，则须要安装相应的Virsual VM插件。能够在Tools菜单里获取Virsual GC插件。

Virsual GC安装界面
图2：Virsual GC安装界面

经过Virsual GC，能够以更直观的方式得到jstatd提供的信息。

Virsual GC运行界面
图3：Virsual GC运行界面

HPJMeter

HPJMeter是一个分析-verbosegc输出结果的便捷工具。若是把Visual GC看做是jstat的GUI版本，那么HPJMeter则是-verbosegc的GUI版本。话说回来，GC分析只是HPJMeter提供的众多特性之一。HPJMeter是HP公司开发的一款性能监控工具，可使用在HP-UX，Linux和MS Windows上。

起初，只是一款叫作HPTune的工具提供GUI的方式分析-verbosegc。自从HPJMeter 3.0开始便集成了HPTune，所以无需再单独下载HPTune。

在应用运行过程当中，-verbosegc的输出结果能够重定向到一个单独的文件中。

能够经过HPJMeter打开该文件，而后使用直观的GUI界面便捷的分析GC数据。

HPJMeter
图4：HPJMeter

下章介绍

本章做为GC调优的铺垫，着重于介绍了如何进行GC信息监控。通常状况我比较建议先使用jstat观察GC操做，当发现有比较耗时的GC后，再经过-verbosegc来分析GC数据。所以GC调优的通常过程就是分析和对比使用不一样GC选项后-verbosegc输出结果的变化。下章将会经过真实案例来介绍进行GC调优的最佳选项。

做者：Sangmin Lee, 性能实验室高级工程师，NHN公司

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