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

admin

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DK本身提供了很多方便的JVM性能调优监控工具，除了集成式的VisualVM和jConsole外，还有jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof等小巧的工具，本博客希望能起抛砖引玉之用，让大家能开始对JVM性能调优的常用工具有所了解。

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现实企业级Java开发中，有时候我们会碰到下面这些问题：

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OutOfMemoryError，内存不足
内存泄露
线程死锁锁争用（Lock Contention）
Java进程消耗CPU过高
......

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这些问题在日常开发中可能被很多人忽视（比如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），但能够理解并解决这些问题是Java程序员进阶的必备要求。本文将对一些常用的JVM性能调优监控工具进行介绍，希望能起抛砖引玉之用。

A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)         
jps主要用来输出JVM中运行的进程状态信息。
语法格式如下：

jps [options] [hostid]

如果不指定hostid就默认为当前主机或服务器。   
命令行参数选项说明如下：
-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

比如下面：
root@ubuntu:/# jps -m -l2458 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 -l8247 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。
语法格式如下：
jstack [option] pid
jstack [option] executable core
jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip

    命令行参数选项说明如下：
-l long listings，会打印出额外的锁信息，在发生死锁时可以用jstack -l pid来观察锁持有情况
-m mixed mode，不仅会输出Java堆栈信息，还会输出C/C++堆栈信息（比如Native方法）

    jstack可以定位到线程堆栈，根据堆栈信息我们可以定位到具体代码，所以它在JVM性能调优中使用得非常多。下面我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

    得到进程ID为21711，第二步找出该进程内最耗费CPU的线程，可以使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid，我这里用第三个，输出如下：

    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

    得到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，然后根据线程ID的十六进制值grep，如下：
    root@ubuntu:/# jstack 21711 | grep 54ee"PollIntervalRetrySchedulerThread" prio=10 tid=0x00007f950043e000 nid=0x54ee in Object.wait() [0x00007f94c6eda000]

    可以看到CPU消耗在PollIntervalRetrySchedulerThread这个类的Object.wait()，我找了下我的代码，定位到下面的代码：

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状况，一般结合jhat使用。   
jmap语法格式如下：
jmap [option] pid
jmap [option] executable core
jmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip

    如果运行在64位JVM上，可能需要指定-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，如下图：

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

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

class name是对象类型，说明如下：
B  byte
C  char
D  double
F  float
I  int
J  long
Z  boolean
[  数组，如[I表示int[]
[L+类名 其他对象

还有一个很常用的情况是：用jmap把进程内存使用情况dump到文件中，再用jhat分析查看。jmap进行dump命令格式如下：
jmap -dump:format=b,file=dumpFileName pid

    我一样地对上面进程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出来的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看，这里用jhat查看：

     注意如果Dump文件太大，可能需要加上-J-Xmx512m这种参数指定最大堆内存，即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。然后就可以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大家可以自己去摸索下，最后一项支持OQL（对象查询语言）。

D、jstat（JVM统计监测工具）    语法格式如下：jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ]
    vmid是Java虚拟机ID，在Linux/Unix系统上一般就是进程ID。interval是采样时间间隔。count是采样数目。比如下面输出的是GC信息，采样时间间隔为250ms，采样数为4：

    要明白上面各列的意义，先看JVM堆内存布局：

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

    现在来解释各列含义：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能够展现CPU使用率，统计堆内存使用情况。    语法格式如下：

    完整的命令选项如下：

    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能够获得更加细粒度的CPU消耗信息，能够细到每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参数可以生成CPU/Heap Profile文件，但对JVM性能影响非常大，不建议在线上服务器环境使用。