JVM详解3.JDK监控和故障处理工具
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3.1 JDK命令行工具
这些工具大多数是tools.jar类库的一层薄的包装，它们的主要功能代码是在tools类库中实现的。还有一些甚至就是由Shell脚本直接生成的。
| 名称 | 作用 | |
|---|---|---|
| jps | JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程 | |
| jstat | JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据 | |
| jinfo | Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息 | |
| jmap | Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件） | |
| jhat | JVM Heap Dump Browser，用于分析heapmap文件，它会建立一个http/html服务器让用户可以在浏览器上查看分析结果 | |
| jstack | Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照 |
3.1.1 jps：虚拟机进程状况工具
作用
- 可以列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类名称（main()函数所在的类）以及这些进程的本地虚拟机唯一ID（Local Virtual Machine Identifier）。
- 对于本地虚拟机进程来说，LVMI与操作系统的进程ID（Process Identifier，PID）是一致的。
- jps可以通过RMI协议开启了RMI服务的远程虚拟机进程状态，hostid为RMI注册表中注册的主机名。
命令格式
jsp [options] [hostid]
主要选项
属性 | 作用
-p | 只输出LVMID，省略主类的名称
-m | 输出虚拟机进程启动时传递给主类main（）函数的参数
-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jvm参数
3.1.2 jstat：虚拟机统计信息监视工具
作用
jstat是用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示本地或者远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾回收、JIT编译等运行数据，在没有GUI图形界面，只是提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。
命令格式
jstat [option vmid [interval [s|ms] [count]]]- 对于命令格式中的VMID和LVMID，如果是本地虚拟机进程，VMID和LVMID是一致的
- 如果是远程虚拟机，那VMID的格式应当是：
[protocol:] [//] lvmid[@hostname[:port]/servername] - 参数interval和count分别表示查询的间隔和次数，如果省略这两个参数，说明只查询一次。
主要选项
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -class | 监视装载类、卸载类、总空间以及类装载所耗费的时间 |
| -gc | 监视java堆状况，包括eden区、两个survivor区、老年代、永久代等的容量、已用空间、GC时间合计信息 |
| -gccapacity | 监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注java堆各个区域使用到最大、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控件占总空间的百分比 |
| -gccause | 与-gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次gc产生的原因 |
| -gcnew | 监视新生代GC情况 |
| -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情况 |
| -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编译过的方法、耗时等信息 |
| -printcompilation | 输出已经被JIT编译过的方法 |
示例
- S0：Survivor1区当前使用比例
- S1：Survivor2区当前使用比例
- E：Eden区使用比例 9.36%
- O：老年代使用比例
- M：元数据区使用比例
- CCS：压缩使用比例
- YGC：年轻代垃圾回收次数 7次
- FGC：老年代垃圾回收次数 6次
- FGCT：老年代垃圾回收消耗时间 0.119秒
- GCT：垃圾回收消耗总时间 0.145秒
3.1.3 jinfo：Java配置信息工具
作用
jinfo的作用是实时的查看和调整虚拟机各项参数。
命令格式
jinfo [option] pid
主要选项
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -flag <name> | to print the value of the named VM flag |
| -flag [+/-]<name> | to enable or disable the named VM flag |
| -flag <name>=<value> | to set the named VM flag to the given value |
| -flags | to print VM flags |
| -sysprops | to print Java system properties |
| <no option> | to print both of the above |
| -h / -help | to print this help message |
3.1.4 jmap：Java内存映像工具
作用
- jmap命令用于生成堆转储快照。
- 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。
命令格式
jmap [option] vmid
主要选项
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -dump | 生成java堆转储快照。格式为： -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。只在Linux/Solaris平台下有效 |
| -heap | 显示java堆详细信息，如使用哪种收集器、参数配置、分代情况等，在Linux/Solaris平台下有效 |
| -jisto | 显示堆中对象统计信息，包含类、实例对象、合集容量 |
| -permstat | 以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态。只在Linux/Solaris平台下有效 |
| -F | 当虚拟机进程对-dump选项没有相应时。可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux/Solaris平台下有效 |
3.1.5 jhat：虚拟机堆转储快照分析工具
作用
- 提供jhat与jmap搭配使用，来分析dump生成的堆快照。jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump文件的分析结果后，可以在浏览器中查看。
- 一般不会去直接使用jhat命令来分析demp文件：原因一是一般不会在部署应用程序的服务器上直接分析dump文件，一般会尽量将dump文件拷贝到其他机器上进行分析，因为分析工作是一个耗时且消耗硬件资源的过程，既然都要在其他机器上进行，就没必要受到命令行工具的限制了；另外一个原因是jhat的分析功能相对来说很简陋，VisualVM以及专门分析dump文件的Eclipse Memory Analyzer、IBM HeapAnalyzer等工具，都能实现比jhat更强大更专业的分析功能。
命令格式
jhat [ options ] heap-dump-file
3.1.6 jstack：java栈跟踪工具
作用
- jstack命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。
- 线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程死锁、死循环、请求外部资源导致长时间等待等。
命令格式
jstack [option] vmid
主要选项
| 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 | 除堆栈外，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 |
3.2 JConsole：JDK可视化工具
JConsole ( Java Monitoring and Management Console ) 是—种基于JMX的可视化监视管理工具。它管理部分的功能是针对JMX MBean进行管理，由于MBean可以使用代码、中间件服务器的管理控制台或者所有符合JMX规范的软件进行访问。
概览
“概述”页签显示的是整个虚拟机主要运行数据的概览,其中包括“堆内存使用情况”、“线程”、“类”、“CPU使用情况”4种信息的曲线图
内存
“内存”页签相当于可视化的jstat命令，用于监视受收集器管理的虚拟机内存(Java堆和永久代)的变化趋势。
线程
“线程”页签的功能相当于可视化的jstack命令，遇到线程停顿时可以使用这个页签进行监控分析。
3.3 VisualVM：可视化工具
VisualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）是到目前为止随JDK发布的功能最强大的运行监视和故障处理程序，并且可以预见在未来一段时间内都是官方主力发展的虚拟机故障处理工具。官方在VisualVM的软件说明中写上了“All-in-One” 的描述字样，预示着它除了运行监视、故障处理外，还提供了很多其他方面的功能。如性能分析，VisualVM的性能分析功能甚至比起JProfiler、YourKit等专业且收费的Profiling工具都不会逊色多少，而且VisualVM的还有一个很大的优点：不需要被监视的程序基于特殊Agent运行，因此它对应用程序的实际性能的影响很小,使得它可以直接应用在生产环境中。这个优点是JProfiler、YourKit等工具无法与之媲美的。
VisualVM兼容范围与插件安装
VisualVM基于NetBeans平台开发，因此它一开始就具备了插件扩展功能的特性，通过插件扩展支持，VisualVM可以做到:
- 显示虚拟机进程以及进程的配置、环境信息(jps、 jinfo)。
- 监视应用程序的CPU、GC、堆、方法区以及线程的信息(jstat、jstack)。
- dump以及分析堆转储快照(jmap、jhat)。
- 方法级的程序运行性能分析,找出被调用最多、运行时间最长的方法。
- 离线程序快照:收集程序的运行时配置、线程dump、内存dump等信息建立个快照, 可以将快照发送开发者处进行Bug反馈。
生成、浏览堆转储快照
在VisualVM中生成dump文件有两种方式,可以执行下列任一操作:
- 在“应用程序”窗口中右键单击应用程序节点,然后选择“堆Dump”。
- 在“应用程序”窗口中双击应用程序节点以打开应用程序标签,然后在“监视”标签中单击“堆Dump”。
分析程序性能
在Profiler页签中，VisualVM提供了程序运行期间方法级的CPU执行时间分析以及内存分析，做Profiling分析肯定会对程序运行性能有比较大的影响，所以一般不在生产环境中使用这项功能。
BTrace动态日志跟踪
BTrace本身也是可以独立运行的程序。它的作用是在不停止目标程序运行的前提下，通过HotSpot虚拟机的HotSwap技术动态加入原本并不存在的调试代码。这项功能对实际生产中的程序很有意义：经常遇到程序出现问题，但排查错误的一些必要信息，譬如方法参数、返回值等,在开发时并没有打印到日志之中，以至于不得不停掉服务,通过调试增量来加入日志代码以解决问题。当遇到生产环境服务无法随便停止时，缺一两句日志导致排错进行不下去是一件非常郁闷的事情。BTrace的用法还有许多，打印调用堆栈、参数、返回值只是最基本的应用，在它的网站上有使用BTrace进行性能监视、定位连接泄漏和内存泄漏、解决多线程竞争问题的例子。