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

现实企业级Java应用开发、维护中,有时候我们会碰到下面这些问题:

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
……
这些问题在日常开发、维护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。

而且这些监控、调优工具的使用,无论你是运维、开发、测试,都是必须掌握的。

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:

1-q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数 2 3-m 输出传入main方法的参数 4 5-l 输出main类或Jar的全限名 6 7-v 输出传入JVM的参数 8 9

比如下面:

1root@ubuntu:/# jps -m -l 22458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml 329920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat 43149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start 530972 sun.tools.jps.Jps -m -l 68247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start 725687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat 821711 mrf-center.jar 9B、jstack 10 11

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:

1 2jstack [option] pid 3jstack [option] executable core 4jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip 5 6

命令行参数选项说明如下:

1-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) 2 3

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:

1root@ubuntu:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v grep 2root 21711 1 1 14:47 pts/3 00:02:10 java -jar mrf-center.jar 3 4

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:
在这里插入图片描述

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

1printf "%x\n" 21742 2 3

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:

1root@ubuntu:/# jstack 21711 | grep 54ee 2"PollIntervalRetrySchedulerThread" prio=10 tid=0x00007f950043e000 nid=0x54ee in Object.wait() [0x00007f94c6eda000] 3 4

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:

1// Idle wait 2getLog().info("Thread [" + getName() + "] is idle waiting..."); 3schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting; 4long now = System.currentTimeMillis(); 5long waitTime = now + getIdleWaitTime(); 6long timeUntilContinue = waitTime - now; 7synchronized(sigLock) { try { 8 if(!halted.get()) { 9 sigLock.wait(timeUntilContinue); 10 } 11 } catch (InterruptedException ignore) { 12 } 13} 14 15

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()。

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C、jmap(Memory Map)和jhat(Java Heap Analysis Tool)

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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:

1jmap [option] pid 2jmap [option] executable core 3jmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip 4如果运行在64位JVM上,可能需要指定-J-d64命令选项参数。 5 6

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:

1root@ubuntu:/# jmap -heap 21711 2Attaching to process ID 21711, please wait... 3Debugger attached successfully. 4Server compiler detected. 5JVM version is 20.10-b01 6 7using thread-local object allocation. 8Parallel GC with 4 thread(s) 9 10Heap Configuration: 11MinHeapFreeRatio = 40 12MaxHeapFreeRatio = 70 13MaxHeapSize = 2067791872 (1972.0MB) 14NewSize = 1310720 (1.25MB) 15MaxNewSize = 17592186044415 MB 16OldSize = 5439488 (5.1875MB) 17NewRatio = 2 18SurvivorRatio = 8 19PermSize = 21757952 (20.75MB) 20MaxPermSize = 85983232 (82.0MB) 21 22Heap Usage: 23PS Young Generation 24Eden Space: 25 capacity = 6422528 (6.125MB) 26 used = 5445552 (5.1932830810546875MB) 27 free = 976976 (0.9317169189453125MB) 28 84.78829520089286% used 29From Space: 30 capacity = 131072 (0.125MB) 31 used = 98304 (0.09375MB) 32 free = 32768 (0.03125MB) 33 75.0% used 34To Space: 35 capacity = 131072 (0.125MB) 36 used = 0 (0.0MB) 37 free = 131072 (0.125MB) 38 0.0% used 39PS Old Generation 40 capacity = 35258368 (33.625MB) 41 used = 4119544 (3.9287033081054688MB) 42 free = 31138824 (29.69629669189453MB) 43 11.683876009235595% used 44PS Perm Generation 45 capacity = 52428800 (50.0MB) 46 used = 26075168 (24.867218017578125MB) 47 free = 26353632 (25.132781982421875MB) 48 49.73443603515625% used 49 .... 50 51

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:

1root@ubuntu:/# jmap -histo:live 21711 | more 2num #instances #bytes class name---------------------------------------------- 3 1: 38445 5597736 <constMethodKlass> 4 2: 38445 5237288 <methodKlass> 5 3: 3500 3749504 <constantPoolKlass> 6 4: 60858 3242600 <symbolKlass> 7 5: 3500 2715264 <instanceKlassKlass> 8 6: 2796 2131424 <constantPoolCacheKlass> 9 7: 5543 1317400 [I 10 8: 13714 1010768 [C 11 9: 4752 1003344 [B 12 10: 1225 639656 <methodDataKlass> 13 11: 14194 454208 java.lang.String 14 12: 3809 396136 java.lang.Class 15 13: 4979 311952 [S 16 14: 5598 287064 [[I 17 15: 3028 266464 java.lang.reflect.Method 18 16: 280 163520 <objArrayKlassKlass> 19 17: 4355 139360 java.util.HashMap$Entry 20 18: 1869 138568 [Ljava.util.HashMap$Entry; 21 19: 2443 97720 java.util.LinkedHashMap$Entry 22 20: 2072 82880 java.lang.ref.SoftReference 23 21: 1807 71528 [Ljava.lang.Object; 24 22: 2206 70592 java.lang.ref.WeakReference 25 23: 934 52304 java.util.LinkedHashMap 26 24: 871 48776 java.beans.MethodDescriptor 27 25: 1442 46144 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry 28 26: 804 38592 java.util.HashMap 29 27: 948 37920 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment 30 28: 1621 35696 [Ljava.lang.Class; 31 29: 1313 34880 [Ljava.lang.String; 32 30: 1396 33504 java.util.LinkedList$Entry 33 31: 462 33264 java.lang.reflect.Field 34 32: 1024 32768 java.util.Hashtable$Entry 35 33: 948 31440 [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry; 36 37

class name是对象类型,说明如下:

1B byte 2C char 3D double 4F float 5I int 6J long 7Z boolean 8[ 数组,如[I表示int[] 9[L+类名 其他对象 10 11

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:

1jmap -dump:format=b,file=dumpFileName pid 2 3

我一样地对上面进程ID为21711进行Dump:

1root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711 2Dumping heap to /tmp/dump.dat ... 3Heap dump file created 4 5

dump出来的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看,这里用jhat查看:

1root@ubuntu:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.dat 2Reading from /tmp/dump.dat... 3Dump file created Tue Jan 28 17:46:14 CST 2014Snapshot read, resolving... 4Resolving 132207 objects... 5Chasing references, expect 26 dots.......................... 6Eliminating duplicate references.......................... 7Snapshot resolved. 8Started HTTP server on port 9998Server is ready. 9 10

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:在这里插入图片描述

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:

root@ubuntu:/# jstat -gc 21711 250 4 S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU PC PU YGC YGCT FGC FGCT GCT 192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1854.9 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649 192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 2109.7 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649
要明白上面各列的意义,先看JVM堆内存布局:
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:

1java -agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClass 2java -Xrunprof[:options] ToBeProfiledClass 3javac -J-agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClass 4完整的命令选项如下: 5 6Option Name and Value Description Default 7--------------------- ----------- ------- 8heap=dump|sites|all heap profiling all 9cpu=samples|times|old CPU usage off 10monitor=y|n monitor contention n 11format=a|b text(txt) or binary output a 12file=<file> write data to file java.hprof[.txt] 13net=<host>:<port> send data over a socket off 14depth=<size> stack trace depth 4 15interval=<ms> sample interval in ms 10 16cutoff=<value> output cutoff point 0.0001 17lineno=y|n line number in traces? y 18thread=y|n thread in traces? n 19doe=y|n dump on exit? y 20msa=y|n Solaris micro state accounting n 21force=y|n force output to <file> y 22verbose=y|n print messages about dumps y 23 24

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。

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