JVM之监控工具（上）-阿里云开发者社区

这一章主要讲解 JDK 提供的内存分析工具以及一些常用的可视化工具，来定位系统的一些问题，包括对运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照（threaddump文件）、堆转储快照（heapdump文件）等内容的分析。

一、概述

JDK 提供了许多命令行工具来用于程序运行时的内存分析，这些工具能在处理应用程序性能问题、定位故障时发挥很大的作用。当 JDK 版本不同，操作系统不同，工具所支持的功能会有差别，这篇文章是基于Windows 10 的 JDK8 版本的环境。文中提到的命令行工具如下：

名称	主要作用
`jps`	显示系统内所有的 HotSpot 虚拟机进程
`jstat`	用于收集 HotSpot 虚拟机各方面的运行数据
`jinfo`	显示虚拟机配置信息
`jmap`	生成虚拟机内存转储快照
`jhat`	分析虚拟机内存转储快照
`jstack`	显示虚拟机的线程快照
`jcmd`	向虚拟机发送诊断命令请求

文中提到的可视化工具如下：

名称	主要作用
`JConsole`	基于JMX的可视化监视、管理工具
`VisualVM`	多合一故障处理可视化工具
`JProfiler`	商用重量级虚拟机监控工具

二、命令行工具

JDK 的bin目录下会提供很多命令行工具，用于内存分析和监控。

1. jps

jps（JVM Process Status Tool）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）。虽然它功能简单，但经常被使用，用来根据 LVMID 来确定要监控的是哪一个虚拟机进程，对于本地虚拟机进程来说，LVMID 与操作系统的进程ID（Process Identifier，PID）是一致的。

# jps [options] [hostid]
$ jps -l
3168
9348 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
1359 sun.tools.jps.Jps
1648 org.jetbrains.kotlin.daemon.KotlinCompileDaemon
5016 com.ajn.ds.Main

jps 工具主要选项如下：

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

jps 可以通过 RMI 协议查询开启了 RMI 服务的远程虚拟机进程状态，hostid 为 RMI 注册的主机名。后面讲到的命令远程访问都需要远程主机提供 RMI 支持，jstatd 工具可以很方便地建立远程 RMI 服务器。

2. jstat

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）是用于监控虚拟机各种运行状态信息的命令行工具，它可以支持显示本地或远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT 编译等运行数据，在没有图形界面的服务器上，它是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。例如每 250 毫秒查询一次进程为 8968 的应用垃圾收集情况，一共查询 20 次：

# jstat [opton vmid [interval[s]ms [count]]]
$ jstat -gc 8968 250 20
 S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU MC MU CCSC CCSU YGC YGCT FGC FGCT GCT
10752.0 10752.0 0.0 0.0 65536.0 6565.8 175104.0 0.0 4480.0 775.8 384.0 76.4 0 0.000 0 0.000 0.000

jstat 工具选项主要分为：类装载、垃圾收集、运行期编译状况，具体如下：

选项	作用
`-class`	监视类装载、卸载数据、总空间以及类装载所耗费的时间
`-gc`	监视Java堆状况，包括Eden、Survivor等的容量、已用空间、GC时间合计待信息
`-gccapacity`	监视内容与`-gc`基本相同，但输出主要关注各区域使用的最大、最小空间
`-gcutil`	监视内容与`-gc`基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比
`-gccause`	与`-gcutil`功能一样，但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，输出主要关注使用到的最大、最小空间
`-gcold`	监视老年代 GC 状况
`-gcoldcapacity`	监视内容与`-gcold`基本相同，输出主要关注使用到的最大、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 编译的方法

3. jinfo

jinfo（Configuration Info for Java）的作用是实时查看和调整虚拟机各项参数，在运行期间可以使用-flag [+|-] name或者-flag name=value修改一部分运行期可写的虚拟机参数值。例如查询MaxHeapSize参数值：

# jinfo [option] vmid
$ jinfo -flag MaxHeapSize 14892
-XX:MaxHeapSize=4265607168

jinfo 工具主要选项如下：

选项	作用
`-flag`	输出指定 args 参数的值
`-flags`	输出所有 JVM 参数的值
`-sysprops`	输出系统属性，等同于`System.getProperties()`

4. jmap

jmap（Memory Map for Java）命令用于生成堆转储快照（一般称为 heapdump 或 dump 文件），但它的作用并不仅如此，还可以查询 finalize 执行队列、Java 堆和永久代的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。例如需要统计对象信息，包括类、实例数量、合计容量，操作如下：

# jmap [option] vmid
$ jmap -histo 14892
 num #instances #bytes class name
----------------------------------------------
   1: 658  4107880 [I
   2: 1185 1170552 [B
   3: 7735 909920  [C
   4: 5902 141648  java.lang.String
   5: 691  78984   java.lang.Class
   6: 1295 60904   [Ljava.lang.Object;
   ......

例如使用 jmap 生成 dump 文件操作如下：

$ jmap -dump:format=b,file=codeartist.bin 14892
Dumping heap to C:\Users\艾江南\codeartist.bin ...
Heap dump file created

jmap 工具主要选项如下：

选项	作用
`-dump`	生成 Java 堆转储快照。格式：`-dump:[live,]format=b,file=<filename>`，其中`live`子参数说明是否只`dump`出存活的对象
`-finalizerinfo`	显示在 F-Queue 中等待`Finalizer`线程执行`finalize`方法的对象（Linux）
`-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（Linux）
`-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（Linux）
`-F`	当虚拟机进行对`-dump`选项没有响应时，可以强制生成 dump 快照（Linux）

前面指令作用介绍中带有（Linux）的参数选项表示只在Linux平台下有效，在后面的介绍中也是一样。

5. jhat

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 内置了一个微型的 HTML 服务器，生成 dump 文件的分析结果后，可以在浏览器中查看。但我们一般不会使用它来分析 dump 文件，一是不建议在应用程序服务器上直接分析 dump 文件，即使这样做，也会将 dump 文件复制到其他机器上进行，因为分析工作耗时耗硬件资源，二是 jhat 命令的分析功能比较简陋，后面介绍的可视化工具，功能更强大更专业。例如使用 jhat 分析我们前面生成的 dump 文件，操作如下：

$ jhat .\codeartist.bin
Reading from .\codeartist.bin...
Dump file created Mon May 18 10:02:18 CST 2020
Snapshot read, resolving...
Resolving 23529 objects...
Chasing references, expect 4 dots....
Eliminating duplicate references....
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.

此时在浏览器中访问http://localhost:7000就可以看到分析结果，如下图：

微信图片02.png

6. jstack

jstack（Stack Trace for Java）命令用于生成虚拟机当前时刻的线路快照（一般称为 threaddump 或者 javacore 文件），线程快照是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，主要用于定位线程出现长时间停顿的原因，比如线程死锁、死循环、等待外部资源（数据库连接、网络资源、设备资源等）。例如我们运行下面代码，自定义一个死锁现场：

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            try {
                synchronized (DeadLock.class) {
                    System.out.println("thread1 is running");
                    Thread.sleep(1000);
                    synchronized (Object.class) {
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            try {
                synchronized (Object.class) {
                    System.out.println("thread2 is running");
                    Thread.sleep(1000);
                    synchronized (DeadLock.class) {
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

然后使用 jstack 查看线程堆栈：

# jstack [option] vmid
$ jstack 4417
2020-05-18 10:34:16
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.171-b11 mixed mode):
......
"Thread-1" #9 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f18600f7000 nid=0x114c waiting for monitor entry [0x00007f183d8d3000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at Main.lambda$main$1(Main.java:22)
        - waiting to lock <0x00000000e345b9e0> (a java.lang.Class for Main)
        - locked <0x00000000e34006f8> (a java.lang.Class for java.lang.Object)
        at Main$$Lambda$2/135721597.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-0" #8 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f18600f5000 nid=0x114b waiting for monitor entry [0x00007f183d9d4000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at Main.lambda$main$0(Main.java:10)
        - waiting to lock <0x00000000e34006f8> (a java.lang.Class for java.lang.Object)
        - locked <0x00000000e345b9e0> (a java.lang.Class for Main)
        at Main$$Lambda$1/531885035.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
......
"VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007f186006d800 nid=0x1143 runnable
"VM Periodic Task Thread" os_prio=0 tid=0x00007f18600b9000 nid=0x114a waiting on condition
JNI global references: 310
Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
  waiting to lock monitor 0x00007f18440062c8 (object 0x00000000e345b9e0, a java.lang.Class),
  which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
  waiting to lock monitor 0x00007f18440038d8 (object 0x00000000e34006f8, a java.lang.Class),
  which is held by "Thread-1"
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
        at Main.lambda$main$1(Main.java:22)
        - waiting to lock <0x00000000e345b9e0> (a java.lang.Class for Main)
        - locked <0x00000000e34006f8> (a java.lang.Class for java.lang.Object)
        at Main$$Lambda$2/135721597.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-0":
        at Main.lambda$main$0(Main.java:10)
        - waiting to lock <0x00000000e34006f8> (a java.lang.Class for java.lang.Object)

输出结果里面不仅能看到各个线程的当前运行状态，还能查看程序中是否存在死锁。在输出信息中可以通过查看java.lang.Thread.State来了解当前线程运行状态，线程状态如下：

NEW：新建未启动状态，不会出现在 dump 中。
RUNNABLE：运行中状态，里面可能存在 locked 状态，表明它获得了某把锁。
BLOCKED：受阻塞并等待监视器锁，被某个锁 synchronizers 给 block 住了。
WATING：无限期等待另一个线程执行特定操作，等待某个 condition 或 monitor 发生，一般停留在park(), wait(), sleep(),join()等语句里。
TIMED_WATING：有时限的等待另一个线程的特定操作，一般停留在sleep()等语句里。
TERMINATED：已停止状态。

除了能看到线程状态以外，还可以看到线程中方法调用的修饰，调用修饰如下：

locked <地址>：使用 synchronized 申请对象锁成功，监视器的拥有者。
waiting to lock <地址>：使用 synchronized 申请对象锁未成功，在进入区等待。
waiting on <地址>：使用 synchronized 申请对象锁成功后，在等待区等待。
parking to wait for <地址>：是基本的线程阻塞原语，不通过监视器在对象上阻塞。

jstack 工具主要选项如下：

选项	作用
`-F`	当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈
`-l`	队堆栈外，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

jstack 可以查看到线程具体在做什么，可以找出是哪些线程在长时间占用 CPU，尽快定位问题和解决问题。

7. jcmd

在 JDK7 以后，新增了一个命令行工具 jcmd，它是一个瑞士军刀级别的多功能工具，可以用它来导出堆转储文件、查看 Java 进程、导出线程信息、执行 GC、采样分析等等功能，它可以替代很多常用的工具，比如我们前面讲到的 jstack、jmap 等等。例如查看 jcmd 支持的命令如下：

# jcmd vmid [command]
# jcmd vmid help [command]
# jcmd 12528 GC.class_histogram
$ jcmd 12528 help
12528:
The following commands are available:
VM.native_memory
ManagementAgent.stop
ManagementAgent.start_local
ManagementAgent.start
VM.classloader_stats
GC.rotate_log
Thread.print
GC.class_stats
GC.class_histogram
GC.heap_dump
GC.finalizer_info
GC.heap_info
GC.run_finalization
GC.run
VM.uptime
VM.dynlibs
VM.flags
VM.system_properties
VM.command_line
VM.version
help

jcmd 工具部分command如下：

参数	作用
`VM.native_memory`	查看本地内存使用情况
`Thread.print`	查看线程堆栈信息
`GC.class_histogram`	查看系统中类统计信息，与`jmap -histo [piid]`一样
`GC.heap_dump`	生成 Java 堆转储快照
`GC.run_finalization`	对 JVM 执行`java.lang.System.runFinalization()`
`GC.run`	对 JVM 执行`java.lang.System.gc()`
`VM.uptime`	查看 JVM 的启动时长
`VM.flags`	查看 JVM 的启动参数
`VM.system_properties`	查看 JVM 的属性信息
`VM.command_line`	查看 JVM 的启动命令行
`VM.version`	查看目标 JVM 进程的版本信息
`help`	查看指令帮助信息

JVM之监控工具（上）

一、概述

二、命令行工具

1. jps

2. jstat

3. jinfo

4. jmap

5. jhat

6. jstack

7. jcmd

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JVM之监控工具（上）

一、概述

二、命令行工具

1. jps

2. jstat

3. jinfo

4. jmap

5. jhat

6. jstack

7. jcmd

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