JVM 监控，调优，调试 JVM系列三:JVM参数设置、分析

JVM监控工具

Java的安装包自带了不少优秀的工具，善用这些工具对于监控和调试Java程序很是有帮助。经常使用工具以下：

jps 

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用途：jps用来查看JVM里面全部进程的具体状态, 包括进程ID，进程启动的路径等等。

经常使用参数：

-l: 输出完成的包名称；

-m: 输出程序的命令行输入参数；

-v: 输出完整的JVM参数。

jstack 

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用途：1）查看java程序崩溃生成core文件，得到core文件的java stack和native stack的信息；

          2）查看正在运行的java程序的java stack和native stack的信息：a) 查看运行的java程序呈现hung的状态；b) 跟踪Java的调用栈，剖析程序。

jinfo

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用途：jinfo可观察运行中的java程序的运行环境参数：参数包括Java System属性和JVM命令行参数；也可从core文件里面知道崩溃的Java应用程序的配置信息。

jstat

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用途：jstat利用了JVM内建的指令对Java应用程序的资源和性能进行实时的命令行的监控，包括了对Heap size和垃圾回收情况的监控等等。

语法结构：

Usage: jstat -help|-options

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

参数解释：

Options — 选项，咱们通常使用 -gcutil 查看gc状况

vmid    — VM的进程号，即当前运行的java进程号

interval– 间隔时间，单位为秒或者毫秒

count   — 打印次数，若是缺省则打印无数次

具体option参数以下：

-class：统计class loader行为信息

-compile：统计编译行为信息

-gc：统计jdk gc时heap信息

-gccapacity：统计不一样的generations（不知道怎么翻译好，包括新生区，老年区，permanent区）相应的heap容量状况

-gccause：统计gc的状况，（同-gcutil）和引发gc的事件

-gcnew：统计gc时，新生代的状况

-gcnewcapacity：统计gc时，新生代heap容量

-gcold：统计gc时，老年区的状况

-gcoldcapacity：统计gc时，老年区heap容量

-gcpermcapacity：统计gc时，permanent区heap容量

-gcutil：统计gc时，heap状况

输出内容含义以下：

S0  — Heap上的 Survivor space 0 区已使用空间的百分比

S1  — Heap上的 Survivor space 1 区已使用空间的百分比

E   — Heap上的 Eden space 区已使用空间的百分比

O   — Heap上的 Old space 区已使用空间的百分比

P   — Perm space 区已使用空间的百分比

YGC — 从应用程序启动到采样时发生 Young GC 的次数

YGCT– 从应用程序启动到采样时 Young GC 所用的时间(单位秒)

FGC — 从应用程序启动到采样时发生 Full GC 的次数

FGCT– 从应用程序启动到采样时 Full GC 所用的时间(单位秒)

GCT — 从应用程序启动到采样时用于垃圾回收的总时间(单位秒) 

示例

实例使用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 

实例使用2：

[root@localhost bin]# jstat -gcutil 25444 1000 5

  S0     S1     E      O      P     YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT

 73.54   0.00  99.04  67.52  98.49    166    0.252     6    0.331    0.583

 73.54   0.00  99.04  67.52  98.49    166    0.252     6    0.331    0.583

 73.54   0.00  99.04  67.52  98.49    166    0.252     6    0.331    0.583

 73.54   0.00  99.04  67.52  98.49    166    0.252     6    0.331    0.583

 73.54   0.00  99.04  67.52  98.49    166    0.252     6    0.331    0.583 

咱们能够看到，5次young gc以后，垃圾内存被从Eden space区(E)放入了Old space区(O)，并引发了百分比的变化，致使Survivor space使用的百分比从73.54%(S0)降到0%(S1)。有效释放了内存空间。绿框中，咱们能够看到，一次full gc以后，Old space区(O)的内存被回收，从99.05%降到67.52%。

图中同时打印了young gc和full gc的总次数、总耗时。而，每次young gc消耗的时间，能够用相间隔的两行YGCT相减获得。每次full gc消耗的时间，能够用相隔的两行FGCT相减获得。例如红框中表示的第一行、第二行之间发生了1次young gc，消耗的时间为0.252-0.252＝0.0秒。

常驻内存区(P)的使用率，始终停留在98.49%左右，说明常驻内存没有突变，比较正常。

若是young gc和full gc可以正常发生，并且都能有效回收内存，常驻内存区变化不明显，则说明java内存释放状况正常，垃圾回收及时，java内存泄露的概率就会大大下降。但也不能说明必定没有内存泄露。

GCT 是YGCT 和FGCT的时间总和。

以上，介绍了Jstat按百分比查看gc状况的功能。其实，它还有功能，例如加载类信息统计功能、内存池信息统计功能等，那些是以绝对值的形式打印出来的，比较少用，在此就不作介绍。 

[root@localhost bin]# ps -ef | grep java

root     25917     1  2 23:23 pts/2    00:00:05 /usr/local/jdk1.5/bin/java -Djava.endorsed.dirs=/usr/local/jakarta-tomcat-5.0.30/common/endorsed -classpath /usr/local/jdk1.5/lib/tools.jar:/usr/local/jakarta-tomcat-5.0.30/bin/bootstrap.jar:/usr/local/jakarta-tomcat-5.0.30/bin/commons-logging-api.jar -Dcatalina.base=/usr/local/jakarta-tomcat-5.0.30 -Dcatalina.home=/usr/local/jakarta-tomcat-5.0.30 -Djava.io.tmpdir=/usr/local/jakarta-tomcat-5.0.30/temp org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

jstat -class pid:显示加载class的数量，及所占空间等信息。

实例使用3：

[root@localhost bin]# jstat -class 25917

Loaded  Bytes  Unloaded  Bytes     Time

2629    2916.8       29   24.6     0.90 

jstat -compiler pid:显示VM实时编译的数量等信息。

实例使用4：

[root@localhost bin]# jstat -compiler 25917

Compiled Failed Invalid   Time   FailedType FailedMethod

     768      0       0   0.70            0 

jstat –gccapacity :能够显示，VM内存中三代（young,old,perm）对象的使用和占用大小，如：PGCMN显示的是最小perm的内存使用量，PGCMX显示的是perm的内存最大使用量，PGC是当前新生成的perm内存占用量，PC是但前perm内存占用量。其余的能够根据这个类推， OC是old内纯的占用量。 

[root@localhost bin]# jstat -gccapacity 25917

NGCMN       640.0

NGCMX       4992.0

NGC         832.0

S0C         64.0

S1C         64.0

EC          704.0

OGCMN       1408.0

OGCMX       60544.0

OGC         9504.0

OC          9504.0                  OC是old内纯的占用量

PGCMN       8192.0                  PGCMN显示的是最小perm的内存使用量

PGCMX       65536.0                 PGCMX显示的是perm的内存最大使用量

PGC         12800.0                 PGC是当前新生成的perm内存占用量

PC          12800.0                 PC是但前perm内存占用量

YGC         164

FGC         6 

jstat -gcnew pid: new对象的信息

[root@localhost bin]# jstat -gcnew 25917

 S0C    S1C    S0U    S1U   TT MTT  DSS      EC       EU     YGC     YGCT

 64.0   64.0   47.4   0.0   2  15   32.0    704.0    145.7    168    0.254 

jstat -gcnewcapacity pid: new对象的信息及其占用量

[root@localhost bin]# jstat -gcnewcapacity 25917

 NGCMN  NGCMX   NGC   S0CMX  S0C   S1CMX  S1C   ECMX    EC      YGC   FGC

640.0  4992.0  832.0 64.0   448.0 448.0  64.0   4096.0  704.0  168     6

jstat -gcold pid: old对象的信息。

[root@localhost bin]# jstat -gcold 25917

   PC       PU        OC          OU       YGC    FGC    FGCT     GCT

 12800.0  12617.6     9504.0      6561.3   169     6    0.335    0.591

jstat -gcoldcapacity pid:old对象的信息及其占用量。

[root@localhost bin]# jstat -gcoldcapacity 25917

OGCMN      OGCMX        OGC         OC       YGC   FGC    FGCT     GCT

1408.0     60544.0      9504.0      9504.0   169     6    0.335    0.591 

jstat -gcpermcapacity pid: perm对象的信息及其占用量。

[root@localhost bin]# jstat -gcpermcapacity 25917

PGCMN      PGCMX       PGC         PC      YGC   FGC    FGCT     GCT

8192.0    65536.0    12800.0    12800.0   169     6    0.335    0.591 

jstat -printcompilation pid:当前VM执行的信息。

[root@localhost bin]# jstat -printcompilation -h3  25917 1000 5

每1000毫秒打印一次，一共打印5次，还能够加上-h3每三行显示一下标题。

Compiled  Size  Type Method

     788     73    1 java/io/File <init>

     788     73    1 java/io/File <init>

     788     73    1 java/io/File <init>

Compiled  Size  Type Method

     788     73    1 java/io/File <init>

     788     73    1 java/io/File <init>

jmap

---

用途：观察运行中的jvm物理内存的占用状况，包括Heap size, Perm size等等。

参数以下：

-heap：打印jvm heap的状况

-histo：打印jvm heap的直方图。其输出信息包括类名，对象数量，对象占用大小。

-histo：live ：同上，可是只答应存活对象的状况

-permstat：打印permanent generation heap状况

命令使用：

jmap -heap 2083 ---- 观察到New Generation（Eden Space，From Space，To Space）,tenured generation,Perm Generation的内存使用状况

jmap -histo 2083 ｜ jmap -histo:live 2083   ---- 观察heap中全部对象的状况（heap中全部生存的对象的状况）。包括对象数量和所占空间大小。

jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin 2083 ---- dump java heap in hprof binary format。输出文件可用于进一步分析。

class name对应的就是Class文件里的class的标识
B表明byte
C表明char
D表明double
F表明float
I表明int
J表明long
Z表明boolean
前边有[表明数组，[I 就至关于int[]
对象用[L+类名表示

 

 

BaseType Character	Type	Interpretation
B	byte	signed byte
C	char	Unicode character
D	double	double-precision floating-point value
F	float	single-precision floating-point value
I	int	integer
J	long	long integer
L<classname>;	reference	an instance of class de><classname>de>
S	short	signed short
Z	boolean	de>truede> or de>falsede>
[	reference	one array dimension

 

Java调优

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                JVM调优总结 

                JAVA虚拟机性能参数调优指导书

                Jprofiler使用介绍

                Memory Analyzer (MAT)

                使用Memory Analyzer tool(MAT)分析内存泄漏

JVM常见参数及其默认值：

（详见：JVM系列三:JVM参数设置、分析）

参数名称	含义	默认值
-Xms	初始堆大小	物理内存的1/64(<1GB)	默认(MinHeapFreeRatio参数能够调整)空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制.
-Xmx	最大堆大小	物理内存的1/4(<1GB)	默认(MaxHeapFreeRatio参数能够调整)空余堆内存大于70%时，JVM会减小堆直到 -Xms的最小限制
-Xmn	年轻代大小(1.4or lator)		注意：此处的大小是（eden+ 2 survivor space).与jmap -heap中显示的New gen是不一样的。 整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小. 增大年轻代后,将会减少年老代大小.此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8
-XX:NewSize	设置年轻代大小(for 1.3/1.4)
-XX:MaxNewSize	年轻代最大值(for 1.3/1.4)
-XX:PermSize	设置持久代(perm gen)初始值	物理内存的1/64
-XX:MaxPermSize	设置持久代最大值	物理内存的1/4
-Xss	每一个线程的堆栈大小		JDK5.0之后每一个线程堆栈大小为1M,之前每一个线程堆栈大小为256K.更具应用的线程所需内存大小进行 调整.在相同物理内存下,减少这个值能生成更多的线程.可是操做系统对一个进程内的线程数仍是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000左右 通常小的应用， 若是栈不是很深， 应该是128k够用的 大的应用建议使用256k。这个选项对性能影响比较大，须要严格的测试。（校长） 和threadstacksize选项解释很相似,官方文档彷佛没有解释,在论坛中有这样一句话:"” -Xss is translated in a VM flag named ThreadStackSize” 通常设置这个值就能够了。

 

JVM配置示例：

JAVA_OPTS="-server -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:PermSize=100M  -XX:MaxPermSize=300M -Xms8g -Xmx8g -Xmn4g -Xss256k -XX:MaxNewSize=4g -XX:NewSize=4g -XX:SurvivorRatio=2  -Xnoclassgc -XX:+DisableExplicitGC  -XX:+UseParNewGC -XX:ParallelGCThreads=8 -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=92 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:/data/resys/zhenjing/tomcat-solr-slave/logs/gc.log -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime -Duser.timezone=Asia/Shanghai -XX:MaxDirectMemorySize=7g -Dcom.tc.productkey.path=/data/conf/terracotta-license.key"

机器配置：4CPU，16G内存

-server -Xms8g -Xmx8g -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=256m -Xmn4g -XX:MaxDirectMemorySize=512m -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=5000 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent -Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=2592000000 -Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=2592000000 -XX:ParallelGCThreads=4 -Xloggc:/data/logs/gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/logs/java.hprof -Djava.awt.headless=true -Dsun.net.client.defaultConnectTimeout=10000 -Dsun.net.client.defaultReadTimeout=30000 -Dfile.encoding=UTF-8 -Ddubbo.application.logger=slf4j -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=8082 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Djava.rmi.server.hostname=10.2.113.82

说明：

# 各个堆栈区域空间分配
-server 
-XX:PermSize=100M  
-XX:MaxPermSize=300M 
-Xms8g -Xmx8g -Xmn4g -Xss256k 
-XX:MaxNewSize=4g -XX:NewSize=4g 
-XX:SurvivorRatio=2       # eden = from+to

# 回收算法相关。该配置以知足响应实时性为目的。
-Xnoclassgc    #禁用类垃圾回收，性能会高一点； 
-XX:+DisableExplicitGC   #禁止System.gc()
-XX:+UseConcMarkSweepGC    #老年代回收采用CMS算法
-XX:+UseParNewGC                #年轻代回收采用并行算法
-XX:ParallelGCThreads=8 
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled 
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled 
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=92 
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 

# gc日志相关。 采用 jstat -gcutil PID 10000 监控更简洁直观。
-XX:+PrintGCDetails 
-XX:+PrintGCTimeStamps 
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly 
-XX:+PrintHeapAtGC 
-Xloggc:logs/gc.log 
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 
-Duser.timezone=Asia/Shanghai 

# BigMemory for Ehcache 相关配置，启用本地缓存，避免触发gc。
-XX:MaxDirectMemorySize=7g 
-Dcom.tc.productkey.path=/data/conf/terracotta-license.key

几点说明：

Young GC: 通常状况下，当生成新对象，触发Eden申请空间失败时，就会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，而且把尚且存活的对象移动到空的Survivor区(to Survivor)。而后整理上次存放数据的Survivor(from Survivor)，将依然存活的对象放入新的to Survivor。若屡次整理后，对象依然存活，且达到阈值(由 InitialTenuringThreshold 和 MaxTenuringThreshold 控制，默认值为7和15)，则将对象放入老年代。

Full GC: 主要是回收老年代的失效对象，通常同时触发整理年轻代。

几个参考数据：gc的核心工做是：清除无效对象；移动有效对象。若须要清除的无效对象不少，或须要移动的有效对象不少，则gc过程耗时。对于4G的年轻代，2G的eden代，一次Young GC大概耗时100~200ms。 若实际应用中，Young GC超过200ms，通常须要调优JVM。调优的目标：1）下降单次Young GC时间； 2) 下降Full GC次数。  Young GC 的次数和程序的负载和对象使用方式(代码实现方式)有关，优化空间不大。

测试过 -XX:+AggressiveHeap 选项，对gc影响不大。测试过 -XX:+UseFastAccessorMethods -XX:+AggressiveOpts -XX:+UseBiasedLocking 选项，对gc影响不大。 

对于-XX:LargePageSizeInBytes=128m选项，有些麻烦，且可能致使Full GC变长，没试用。参见：http://hllvm.group.iteye.com/group/wiki/2870-JVM

Java调试辅助工具

---

 

连接的jar库可能包含重复的class，致使行为错误。

findclass.sh 用于查找特定类名出如今哪些jar包。

#! /bin/bash

if [ $# -lt 2 ]; then
    echo "Usage: $0 classname jar1 jar2..."
    exit -1
fi

classname=$1
echo "Find Class: $classname"
shift

for file in $*
do
    # echo $file
    suffix=${file##*.}
    if [ "x$suffix" == "xjar" ]; then
            
            grepret=`jar -tf $file | grep $classname`
            # echo $grepret
            if [ "x$grepret" != "x" ]; then
                echo "$file"
            fi
    fi

done

jps_kill.sh 用于kill指定类名的的java进程。JVM很耗资源，当启动的JVM达到几百个时，系统负载很重，会致使jps运行变慢(一、负载重；二、进程多)。

#! /bin/bash

TMP=/tmp/jps_kill.log

if [ $# -lt 1 ]
then
    echo "Usage: $0 prog_name"
    exit -1
fi

jps | grep -i $1 > $TMP

while read pid other
do
    echo $pid
    #echo $other

    kill -9 $pid

done < $TMP

gcstat.sh 长期监控JVM的gc情况。

#!/bin/bash

PID=-1
INTERVAL=1000
NUM=60000000

if [[ $# -lt 1 ]]
then
    echo "Usage: $0 <vmid> [<interval(ms)> [<count>]]"
    exit 1
fi
PID=$1

if [[ $# -gt 1 ]]
then
        INTERVAL=$2
fi

if [[ $# -gt 2 ]]
then
        NUM=$3
fi

echo "$0 Start test...`date`"
echo 
    
    jstat  -gcutil -t -h50 $PID  $INTERVAL  $NUM

echo "$0 Finish test.`date`"

jmap_stat.sh 长期监控jmap情况。

#!/bin/bash

PID=-1
INTERVAL=3
NUM=60

if [[ $# -lt 1 ]]
then
    echo "Usage: $0 <vmid> [<interval> [<count>]]"
    exit 1
fi
PID=$1

if [[ $# -gt 1 ]]
then
        INTERVAL=$2
fi

if [[ $# -gt 2 ]]
then
        NUM=$3
fi

echo "$0 Start test...`date`"
echo 


i=0
while [[ i -lt $NUM ]]
do
    echo `date`
    jmap -histo:live  $PID  | head -n 20    

    echo 
    sleep $INTERVAL

    ((i++))
done

echo "$0 Finish test.`date`"

Java调试辅助函数

---

 

调试Java程序常常须要知道Java进程PID、当前目录、Java Home、内存使用状况、执行特定命令等等。JavaDebug收集了上述这些经常使用的辅助调试函数。

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.RuntimeMXBean;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;

public class JavaDebug{

    public static int getPid() {
        RuntimeMXBean runtime = ManagementFactory.getRuntimeMXBean();
        String name = runtime.getName(); // format: "pid@hostname"
        try {
            return Integer.parseInt(name.substring(0, name.indexOf('@')));
        } catch (Exception e) {
            System.err.println(e.getMessage());
            return -1;
        }
    }

    public static void printEnv(){
        Map<String,String> map = System.getenv();
        Iterator<Map.Entry<String, String>> iter = map.entrySet().iterator();
        Map.Entry<String, String> entry;
        while (iter.hasNext()) {
            entry = iter.next();
            String name = entry.getKey();
            String value = entry.getValue();

            System.out.println(name + ": "+ value);
        }
    }

    public static void printProperties(){
        Properties pros = System.getProperties();
        pros.list(System.out);
    }

    public static String getPWD(){
        return System.getProperty("user.dir");
    }

    public static void printSimpleMemoryInfo(){
        Runtime runTime = Runtime.getRuntime();
        System.out.println("Total Mem:" + runTime.totalMemory() + " Max Mem:" +runTime.maxMemory()
                + " Free mem:" + runTime.freeMemory() );
    }

    public static void printMemoryInfo(String info){
        if( info != null){
            System.out.println(info+ " JavaDebug:printMemoryInfo");
        }

        printSimpleMemoryInfo();
        ExecCommand("jmap " + getPid());
    }

    public static void ExecCommand(String cmd){
        System.out.println("Exec command: "+cmd);

        try{
            Process pro = null;
            Runtime runTime = Runtime.getRuntime();
            if (runTime == null) {
                System.err.println("Create runtime false!");
                throw new RuntimeException("Create runtime false!");
            }

            pro = runTime.exec(cmd);
            BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(pro.getInputStream()));
            PrintWriter output = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(pro.getOutputStream()));
            String line;
            while ((line = input.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
            input.close();
            output.close();
            pro.destroy();
        }
        catch(IOException e) {
            System.err.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
            throw new RuntimeException("run command error!");
        }

        System.out.println("Exec command: "+cmd + " finish.");
    }


    public static void main(String[] args) throws Exception {
        printProperties();

        //printEnv();

        System.out.println("========================");
        int pid = getPid();
        System.out.println("pid: " + pid);
        System.out.println("pwd: " + getPWD());

        printMemoryInfo(null);

        ExecCommand("ls -l");
        ExecCommand("jmap " + pid);

        printMemoryInfo(null);
    }
}