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

2015-04-07 19:27 746 查看
JDK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。

现实企业级Java开发中,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(LockContention)

Java进程消耗CPU过高

......

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。本文参考了网上很多资料,难以一一列举,在此对这些资料的作者表示感谢!关于JVM性能调优相关的资料,请参考文末。

A、jps(JavaVirtualMachineProcessStatusTool)

jps主要用来输出JVM中运行的进程状态信息。语法格式如下:

1
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
-m输出传入main方法的参数
3
-l输出main类或Jar的全限名
4
-
v
输出传入JVM的参数
比如下面:

1
root@ubuntu:/
#jps-m-l
2
2458org.artifactory.standalone.main.Main/usr/
local
/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml
3
29920com.sun.tools.hat.Main-port9998/tmp/dump.dat
4
3149org.apache.catalina.startup.Bootstrapstart
5
30972sun.tools.jps.Jps-m-l
6
8247org.apache.catalina.startup.Bootstrapstart
7
25687com.sun.tools.hat.Main-port9999dump.dat
8
21711mrf-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:

1
jstack[option]pid
2
jstack[option]executablecore
3
jstack[option][server-
id
@]remote-
hostname
-or-ip
命令行参数选项说明如下:

1
-llonglistings,会打印出额外的锁信息,在发生死锁时可以用jstack-lpid来观察锁持有情况
2
-mmixedmode,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:

1
root@ubuntu:/
#ps-ef|grepmrf-center|grep-vgrep
2
root217111114:47pts/300:02:10java-jarmrf-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-Lfppid或者ps-mppid-oTHREAD,tid,time或者top-Hppid,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

1
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:

1
root@ubuntu:/
#jstack21711|grep54ee
2
"PollIntervalRetrySchedulerThread"
prio=10tid=0x00007f950043e000nid=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:

01
//Idlewait
02
getLog().info(
"Thread["
+getName()+
"]isidlewaiting..."
);
03
schedulerThreadState=PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;
04
long
now=System.currentTimeMillis();
05
long
waitTime=now+getIdleWaitTime();
06
long
timeUntilContinue=waitTime-now;
07
synchronized
(sigLock){
08
try
{
09
if
(!halted.get()){
10
sigLock.wait(timeUntilContinue);
11
}
12
}
13
catch
(InterruptedExceptionignore){
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()。

C、jmap(MemoryMap)和jhat(JavaHeapAnalysisTool)

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:

1
jmap[option]pid
2
jmap[option]executablecore
3
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。

1
jmap-permstatpid
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-heappid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:

01
root@ubuntu:/
#jmap-heap21711
02
AttachingtoprocessID21711,pleasewait...
03
Debuggerattachedsuccessfully.
04
Servercompilerdetected.
05
JVMversionis20.10-b01
06
07
usingthread-
local
objectallocation.
08
ParallelGCwith4thread(s)
09
10
HeapConfiguration:
11
MinHeapFreeRatio=40
12
MaxHeapFreeRatio=70
13
MaxHeapSize=2067791872(1972.0MB)
14
NewSize=1310720(1.25MB)
15
MaxNewSize=17592186044415MB
16
OldSize=5439488(5.1875MB)
17
NewRatio=2
18
SurvivorRatio=8
19
PermSize=21757952(20.75MB)
20
MaxPermSize=85983232(82.0MB)
21
22
HeapUsage:
23
PSYoungGeneration
24
EdenSpace:
25
capacity=6422528(6.125MB)
26
used=5445552(5.1932830810546875MB)
27
free
=976976(0.9317169189453125MB)
28
84.78829520089286%used
29
FromSpace:
30
capacity=131072(0.125MB)
31
used=98304(0.09375MB)
32
free
=32768(0.03125MB)
33
75.0%used
34
ToSpace:
35
capacity=131072(0.125MB)
36
used=0(0.0MB)
37
free
=131072(0.125MB)
38
0.0%used
39
PSOldGeneration
40
capacity=35258368(33.625MB)
41
used=4119544(3.9287033081054688MB)
42
free
=31138824(29.69629669189453MB)
43
11.683876009235595%used
44
PSPermGeneration
45
capacity=52428800(50.0MB)
46
used=26075168(24.867218017578125MB)
47
free
=26353632(25.132781982421875MB)
48
49.73443603515625%used
49
....
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:

01
root@ubuntu:/
#jmap-histo:live21711|more
02
03
num
#instances#bytesclassname
04
----------------------------------------------
05
1:384455597736<constMethodKlass>
06
2:384455237288<methodKlass>
07
3:35003749504<constantPoolKlass>
08
4:608583242600<symbolKlass>
09
5:35002715264<instanceKlassKlass>
10
6:27962131424<constantPoolCacheKlass>
11
7:55431317400[I
12
8:137141010768[C
13
9:47521003344[B
14
10:1225639656<methodDataKlass>
15
11:14194454208java.lang.String
16
12:3809396136java.lang.Class
17
13:4979311952[S
18
14:5598287064[[I
19
15:3028266464java.lang.reflect.Method
20
16:280163520<objArrayKlassKlass>
21
17:4355139360java.util.HashMap$Entry
22
18:1869138568[Ljava.util.HashMap$Entry;
23
19:244397720java.util.LinkedHashMap$Entry
24
20:207282880java.lang.ref.SoftReference
25
21:180771528[Ljava.lang.Object;
26
22:220670592java.lang.ref.WeakReference
27
23:93452304java.util.LinkedHashMap
28
24:87148776java.beans.MethodDescriptor
29
25:144246144java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry
30
26:80438592java.util.HashMap
31
27:94837920java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment
32
28:162135696[Ljava.lang.Class;
33
29:131334880[Ljava.lang.String;
34
30:139633504java.util.LinkedList$Entry
35
31:46233264java.lang.reflect.Field
36
32:102432768java.util.Hashtable$Entry
37
33:94831440[Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry;
classname是对象类型,说明如下:

1
Bbyte
2
Cchar
3
Ddouble
4
Ffloat
5
Iint
6
Jlong
7
Zboolean
8
[数组,如[I表示int[]
9
[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:

1
jmap-dump:
format
=b,
file
=dumpFileName
我一样地对上面进程ID为21711进行Dump:

1
root@ubuntu:/
#jmap-dump:format=b,file=/tmp/dump.dat21711
2
Dumpingheapto/tmp/dump.dat...
3
Heapdump
file
created
dump出来的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看,这里用jhat查看:

01
root@ubuntu:/
#jhat-port9998/tmp/dump.dat
02
Readingfrom/tmp/dump.dat...
03
Dump
file
createdTueJan2817:46:14CST2014
04
Snapshot
read
,resolving...
05
Resolving132207objects...
06
Chasingreferences,expect26dots..........................
07
Eliminatingduplicatereferences..........................
08
Snapshotresolved.
09
StartedHTTPserveronport9998
10
Serverisready.
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-port9998/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:

1
jstat[generalOption|outputOptionsvmid[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:

1
root@ubuntu:/
#jstat-gc217112504
2
S0CS1CS0US1UECEUOCOUPCPUYGCYGCTFGCFGCTGCT
3
192.0192.064.00.06144.01854.932000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649
4
192.0192.064.00.06144.01972.232000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649
5
192.0192.064.00.06144.01972.232000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649
6
192.0192.064.00.06144.02109.732000.04111.655296.025472.77020.43130.2180.649
要明白上面各列的意义,先看JVM堆内存布局:





可以看出:

1
堆内存=年轻代+年老代+永久代
2
年轻代=Eden区+两个Survivor区(From和To)
现在来解释各列含义:

1
S0C、S1C、S0U、S1U:Survivor0/1区容量(Capacity)和使用量(Used)
2
EC、EU:Eden区容量和使用量
3
OC、OU:年老代容量和使用量
4
PC、PU:永久代容量和使用量
5
YGC、YGT:年轻代GC次数和GC耗时
6
FGC、FGCT:FullGC次数和FullGC耗时
7
GCT:GC总耗时
E、hprof(Heap/CPUProfilingTool)

hprof能够展现CPU使用率,统计堆内存使用情况。

语法格式如下:

1
java-agentlib:hprof[=options]ToBeProfiledClass
2
java-Xrunprof[:options]ToBeProfiledClass
3
javac-J-agentlib:hprof[=options]ToBeProfiledClass
完整的命令选项如下:

01
OptionNameandValueDescriptionDefault
02
---------------------------------------
03
heap=dump|sites|allheapprofilingall
04
cpu=samples|
times
|oldCPUusageoff
05
monitor=y|nmonitorcontentionn
06
format
=a|btext(txt)orbinaryoutputa
07
file
=<
file
>writedatato
file
java.hprof[.txt]
08
net=<host>:<port>senddataoverasocketoff
09
depth=<size>stacktracedepth4
10
interval=<ms>sampleinterval
in
ms10
11
cutoff=<value>outputcutoffpoint0.0001
12
lineno=y|nlinenumber
in
traces?y
13
thread=y|nthread
in
traces?n
14
doe=y|ndumpon
exit
?y
15
msa=y|nSolarismicrostateaccountingn
16
force=y|nforceoutputto<
file
>y
17
verbose=y|nprintmessagesaboutdumpsy
来几个官方指南上的实例。

CPUUsageSamplingProfiling(cpu=samples)的例子:

1
java-agentlib:hprof=cpu=samples,interval=20,depth=3Hello
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。

CPUUsageTimesProfiling(cpu=times)的例子,它相对于CPUUsageSamplingProfile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):

1
javac-J-agentlib:hprof=cpu=
times
Hello.java
HeapAllocationProfiling(heap=sites)的例子:

1
javac-J-agentlib:hprof=heap=sitesHello.java
HeapDump(heap=dump)的例子,它比上面的HeapAllocationProfiling能生成更详细的HeapDump信息:

1
javac-J-agentlib:hprof=heap=dumpHello.java
虽然在JVM启动参数中加入-Xrunprof:heap=sites参数可以生成CPU/HeapProfile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。

其他JVM性能调优参考资料:

《Java虚拟机规范》

《JavaPerformance》

《TroubleShootingGuideforJavaSE6withHotSpotVM》:http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tsg-vm-149989.pdf

《EffectiveJava》

VisualVM:http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/visualvm/

jConsole:http://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/management/jconsole.html

MonitoringandManagingJavaSE6Applications:http://www.oracle.com/technetwork/articles/javase/monitoring-141801.html

BTrace:https://kenai.com/projects/btrace
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