JVM（三）调优工具

前言

给一个系统定位问题的时候，知识、经验是关键基础，数据是依据，工具是运用知识处理数据的手段。这里说的数据包括：运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照（threaddump/javacore文件）、堆转储快照（heapdump/hprof文件）等。经常使用适当的虚拟机监控和分析的工具可以加快我们分析数据、定位解决问题的速度。

目录

一、jps：虚拟机进程状况工具

二、jstat：虚拟机统计信息监视工具

三、jmap：Java内存印象工具

四、jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

五、jstack：Java堆栈跟踪工具

六、jinfo：Java配置信息工具

JDK的命令行工具

JDK的bin目录下有很多用于监视虚拟机和故障处理的工具，这些工具都非常稳定而且功能强大，能在处理应用程序性能问题、定位故障是发挥很大的作用。比较细心的读者可能会注意到这些工具的程序体积都异常小巧。并非JDK开发团队刻意把它们制作得如此精炼来炫耀编程水平，而是因为这些命令行工具大多是jdk/lib/tools.jar类库的一层薄包装而已，它们主要的功能代码是在tools类库中实现的。

接下来介绍常用的一些工具。

一、jps：虚拟机进程状况工具

JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。

命令格式：

jps [ options ] [ hostid ]

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注册表中注册的主机名。

jps工具主要选项：

选项	作用
-l	输出主类全名或jar路径
-q	只输出LVMID
-m	输出JVM启动时传递给main()的参数
-v	输出JVM启动时显示指定的JVM参数

其中[ options ]、[ hostid ]参数也可以不写。

示例：

$ ./jps -l -m
 org.tanukisoftware.wrapper.WrapperSimpleApp org.cellphone.gateway.WarehouseGateway
 kafka.Kafka config/server.properties
 sun.tools.jps.Jps -l -m

二、jstat：虚拟机统计信息监视工具

jstat（JVM statistics Monitoring）是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。

命令格式：

jstat [ option vmid [interval[s|ms] [count]] ]

对于命令格式中的VMID与LVMID需要特别说明一下：如果是本地虚拟机进程，VMID与LVMID是一致的，如果是远程虚拟机进程，那VMID的格式应当是：

[protocol:][//]lvmid[@hostname[:port]/servername]

参数interval和count代表查询间隔和次数，如果省略这两个参数，说明只查询一次。假设需要每250毫秒查询一次进程2764垃圾收集状况，一共查询20次，那命令应当是：

jstat -gc   

选项option代表着用户希望查询的虚拟机信息，主要分为3类：类装载、垃圾收集、运行期编译状况。

jstat工具主要选项：

选项	作用
-class	监视类装载、卸载数量、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时间合计等信息
-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，但是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

option参数详解

-class

监视类装载、卸载数量、总空间以及耗费的时间。

$ ./jstat -class
Loaded  Bytes  Unloaded  Bytes     Time
   16938.8             0.0       5.28

• Loaded : 加载class的数量
• Bytes : class字节大小
• Unloaded : 未加载class的数量
• Bytes : 未加载class的字节大小
• Time : 加载时间

-compiler

输出JIT编译过的方法数量耗时等。

$ ./jstat -compiler
Compiled Failed Invalid   Time   FailedType FailedMethod
                    84.47           org/jboss/netty/channel/socket/nio/NioClientSocketPipelineSink$Boss run

• Compiled : 编译数量
• Failed : 编译失败数量
• Invalid : 无效数量
• Time : 编译耗时
• FailedType : 失败类型
• FailedMethod : 失败方法的全限定名

-gc

垃圾回收堆的行为统计，常用命令。

$ ./jstat -gc
 S0C    S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT
26176.0 26176.0  0.0   3352.3 209792.0 29733.0   262144.0   31656.1   53632.0 51814.7 6528.0 6124.3        3.690         0.000    3.690

C即Capacity 总容量，U即Used 已使用的容量

• S0C : survivor0区的总容量
• S1C : survivor1区的总容量
• S0U : survivor0区已使用的容量
• S1C : survivor1区已使用的容量
• EC : Eden区的总容量
• EU : Eden区已使用的容量
• OC : Old区的总容量
• OU : Old区已使用的容量
• PC : 当前perm的容量 (KB)
• PU : perm的使用 (KB)
• YGC : 新生代垃圾回收次数
• YGCT : 新生代垃圾回收时间
• FGC : 老年代垃圾回收次数
• FGCT : 老年代垃圾回收时间
• GCT : 垃圾回收总消耗时间

$ ./jstat -gc   

这个命令意思就是每隔2000ms输出1262的gc情况，一共输出20次。

-gccapacity

同-gc，不过还会输出Java堆各区域使用到的最大、最小空间。

$ ./jstat -gccapacity
 NGCMN    NGCMX     NGC     S0C   S1C       EC      OGCMN      OGCMX       OGC         OC       MCMN     MCMX      MC     CCSMN    CCSMX     CCSC    YGC    FGC
262144.0 262144.0 262144.0 26176.0 26176.0 209792.0   262144.0   262144.0   262144.0   262144.0      0.0 1095680.0  53632.0      0.0 1048576.0   6528.0         

• NGCMN : 新生代占用的最小空间
• NGCMX : 新生代占用的最大空间
• OGCMN : 老年代占用的最小空间
• OGCMX : 老年代占用的最大空间
• OGC：当前年老代的容量 (KB)
• OC：当前年老代的空间 (KB)
• PGCMN : perm占用的最小空间
• PGCMX : perm占用的最大空间

-gcutil

同-gc，不过输出的是已使用空间占总空间的百分比。

$ ./jstat -gcutil
  S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT
  0.00  12.81  14.17  12.08  96.61  93.82        3.690         0.000    3.690

-gccause

垃圾收集统计概述（同-gcutil），附加最近两次垃圾回收事件的原因。

$ ./jstat -gccause
  S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT    LGCC                 GCC
  0.00  12.81  14.22  12.08  96.61  93.82        3.690         0.000    3.690 Allocation Failure   No GC

• LGCC：最近垃圾回收的原因
• GCC：当前垃圾回收的原因

-gcnew

统计新生代的行为。

$ ./jstat -gcnew
 S0C    S1C    S0U    S1U   TT MTT  DSS      EC       EU     YGC     YGCT
26176.0 26176.0    0.0 3352.3      13088.0 209792.0  30207.4        3.690

• TT：Tenuring threshold(提升阈值)
• MTT：最大的tenuring threshold
• DSS：survivor区域大小 (KB)

-gcnewcapacity

新生代与其相应的内存空间的统计。

$ ./jstat -gcnewcapacity
  NGCMN      NGCMX       NGC      S0CMX     S0C     S1CMX     S1C       ECMX        EC      YGC   FGC
  262144.0   262144.0   262144.0  26176.0  26176.0  26176.0  26176.0   209792.0   209792.0        

• NGC:当前年轻代的容量 (KB)
• S0CMX:最大的S0空间 (KB)
• S0C:当前S0空间 (KB)
• ECMX:最大eden空间 (KB)
• EC:当前eden空间 (KB)

-gcold

统计旧生代的行为。

$ ./jstat -gcold
   MC       MU      CCSC     CCSU       OC          OU       YGC    FGC    FGCT     GCT
 53632.0  51814.7   6528.0   6124.3    262144.0     31656.1             0.000    3.690

-gcoldcapacity

统计旧生代的大小和空间。

$ ./jstat -gcoldcapacity
   OGCMN       OGCMX        OGC         OC       YGC   FGC    FGCT     GCT
   262144.0    262144.0    262144.0    262144.0            0.000    3.690

-printcompilation

hotspot编译方法统计。

$ ./jstat -printcompilation
Compiled  Size  Type Method
           org/springframework/web/util/UrlPathHelper getPathWithinApplication

• Compiled：被执行的编译任务的数量
• Size：方法字节码的字节数
• Type：编译类型
• Method：编译方法的类名和方法名。类名使用"/" 代替 "." 作为空间分隔符. 方法名是给出类的方法名. 格式是一致于HotSpot - XX:+PrintComplation 选项

三、jmap：Java内存印象工具

jmap（JVM Memory Map）命令用于生成heap dump文件，如果不使用这个命令，还阔以使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数来让虚拟机出现OOM的时候·自动生成dump文件。 jmap不仅能生成dump文件，还阔以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如当前使用率、当前使用的是哪种收集器等。

命令格式：

jmap [ option ] vmid

jmap工具主要选项：

选项	作用
-dump	生成堆转储快照
-finalizerinfo	显示在F-Queue队列等待Finalizer线程执行finalizer方法的对象
-heap	显示Java堆详细信息
-histo	显示堆中对象的统计信息
-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-dump没有响应时，强制生成dump快照

option参数详解

-dump

常用格式：

-dump::live,format=b,file=<filename> pid

dump堆到文件，format指定输出格式，live指明是活着的对象，file指定文件名。

$ ./jmap -dump:live,format=b,file=dump.hprof
Dumping heap to /home/ubuntu/app/jdk/bin/dump.hprof ...
Heap dump file created

dump.hprof这个后缀是为了后续可以直接用MAT(Memory Anlysis Tool)打开。

-finalizerinfo

打印等待回收对象的信息。

$ sudo ./jmap -finalizerinfo
Attaching to process ID , please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.161-b12
Number of objects pending for finalization: 

可以看到当前F-QUEUE队列中并没有等待Finalizer线程执行finalizer方法的对象。

-heap

打印heap的概要信息，GC使用的算法，heap的配置及wise heap的使用情况,可以用此来判断内存目前的使用情况以及垃圾回收情况。

$ sudo ./jmap -heap
Attaching to process ID , please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.161-b12

using parallel threads in the new generation.
using thread-local object allocation.
Concurrent Mark-Sweep GC

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         =
   MaxHeapFreeRatio         =
   MaxHeapSize              =  (.0MB)
   NewSize                  =  (.0MB)
   MaxNewSize               =  (.0MB)
   OldSize                  =  (.0MB)
   NewRatio                 =
   SurvivorRatio            =
   MetaspaceSize            =  (.0MB)
   CompressedClassSpaceSize =  (.0MB)
   MaxMetaspaceSize         =  (.0MB)
   G1HeapRegionSize         =  (.0MB)

Heap Usage:
New Generation (Eden +  Survivor Space):
   capacity =  (.4375MB)
   used     =  (.9659576416015625MB)
   free     =  (.47154235839844MB)
   1.721055662208435% used
Eden Space:
   capacity =  (.875MB)
   used     =  (.9659576416015625MB)
   free     =  (.90904235839844MB)
   1.9357938458091823% used
From Space:
   capacity =  (.5625MB)
   used     =  (.0MB)
   free     =  (.5625MB)
   0.0% used
To Space:
   capacity =  (.5625MB)
   used     =  (.0MB)
   free     =  (.5625MB)
   0.0% used
concurrent mark-sweep generation:
   capacity =  (.0MB)
   used     =  (.832138061523438MB)
   free     =  (.16786193847656MB)
   9.700053930282593% used

 interned Strings occupying  bytes.

可以很清楚的看到Java堆中各个区域目前的情况。

-histo

打印堆的对象统计，包括对象数、内存大小等等 （因为在dump:live前会进行full gc，如果带上live则只统计活对象，因此不加live的堆大小要大于加live堆的大小 ）。

$ ./jmap -histo:live  | more

 num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
   :                   [C
   :                    [B
   :                   java.lang.String
   :                    java.lang.Class
   :                    java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node
   :                     [Ljava.lang.Object;
   :                     java.lang.reflect.Method
   :                    java.util.HashMap$Node
   :                     [Ljava.util.HashMap$Node;
  :                     java.util.LinkedHashMap$Entry
  :                      [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node;
  :                    java.lang.Object
  :                     java.util.LinkedHashMap
  :                     [I
  :                     [Ljava.lang.String;

xml 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

-permstat

印Java堆内存的永久保存区域的类加载器的智能统计信息。对于每个类加载器而言，它的名称、活跃度、地址、父类加载器、它所加载的类的数量和大小都会被打印。此外，包含的字符串数量和大小也会被打印。

-F

强制模式。如果指定的pid没有响应，请使用jmap -dump或jmap -histo选项。此模式下，不支持live子选项。

四、jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

jhat（JVM Heap Analysis Tool）命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看。在此要注意，一般不会直接在服务器上进行分析，因为jhat是一个耗时并且耗费硬件资源的过程，一般把服务器生成的dump文件复制到本地或其他机器上进行分析。

命令格式：

jhat [dumpfile]

jstat工具主要选项

选项	作用
-stack	false|true 关闭对象分配调用栈跟踪(tracking object allocation call stack)。 如果分配位置信息在堆转储中不可用. 则必须将此标志设置为 false. 默认值为 true.
-refs	false|true 关闭对象引用跟踪(tracking of references to objects)。 默认值为 true. 默认情况下, 返回的指针是指向其他特定对象的对象,如反向链接或输入引用(referrers or incoming references), 会统计/计算堆中的所有对象。
-port	port-number 设置 jhat HTTP server 的端口号. 默认值 7000.
-exclude	exclude-file 指定对象查询时需要排除的数据成员列表文件(a file that lists data members that should be excluded from the reachable objects query)。 例如, 如果文件列列出了 java.lang.String.value , 那么当从某个特定对象 Object o 计算可达的对象列表时, 引用路径涉及 java.lang.String.value 的都会被排除。
-baseline	exclude-file 指定一个基准堆转储(baseline heap dump)。 在两个 heap dumps 中有相同 object ID 的对象会被标记为不是新的(marked as not being new). 其他对象被标记为新的(new). 在比较两个不同的堆转储时很有用.
-debug	int 设置 debug 级别. 0 表示不输出调试信息。 值越大则表示输出更详细的 debug 信息.
-version	启动后只显示版本信息就退出
-J< flag >	因为 jhat 命令实际上会启动一个JVM来执行, 通过 -J 可以在启动JVM时传入一些启动参数. 例如, -J-Xmx512m 则指定运行 jhat 的Java虚拟机使用的最大堆内存为 512 MB. 如果需要使用多个JVM启动参数,则传入多个 -Jxxxxxx.

示例：

$ ./jhat -J-Xmx512m dump.hprof
Reading from dump.hprof...
Dump file created Wed Aug  :: CST
Snapshot read, resolving...
Resolving  objects...
Chasing references, expect  dots..................................................................
Eliminating duplicate references..................................................................
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port
Server is ready.

中间的-J-Xmx512m是在dump快照很大的情况下分配512M内存去启动HTTP服务器，运行完之后就可在浏览器打开Http://localhost:7000进行快照分析 堆快照分析主要在最后面的Heap Histogram里，里面根据class列出了dump的时候所有存活对象。

分析同样一个dump快照，MAT需要的额外内存比jhat要小的多的多，所以建议使用MAT来进行分析，当然也看个人偏好。

分析

打开浏览器Http://localhost:7000，该页面提供了几个查询功能可供使用：

All classes including platform
Show all members of the rootset
Show instance counts for all classes (including platform)
Show instance counts for all classes (excluding platform)
Show heap histogram
Show finalizer summary
Execute Object Query Language (OQL) query

一般查看堆异常情况主要看这个两个部分： Show instance counts for all classes (excluding platform)，平台外的所有对象信息。如下图：

Show heap histogram 以树状图形式展示堆情况。如下图：

具体排查时需要结合代码，观察是否大量应该被回收的对象在一直被引用或者是否有占用内存特别大的对象无法被回收。

一般情况，会down到客户端用工具来分析。

五、jstack：Java堆栈跟踪工具

jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照是当前java虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，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，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。 线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。 如果java程序崩溃生成core文件，jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息，从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。另外，jstack工具还可以附属到正在运行的java程序中，看到当时运行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果现在运行的java程序呈现hung的状态，jstack是非常有用的。

jstack命令格式：

jstack [ option ] vmid

jstack工具主要选项：

选项	作用
-F	当正常输出请求不被响应时，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

示例：

$ ./jstack -l  | more
-- ::
Full thread dump Java HotSpot(TM) -Bit Server VM (25.161-b12 mixed mode):

"Attach Listener" # daemon prio= os_prio= tid=0x00007f57e415f000 nid=0x513a waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"DubboResponseTimeoutScanTimer" # daemon prio= os_prio= tid=0x00007f57f800b800 nid=0x54c2 sleeping[0x00007f57d230d000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.alibaba.dubbo.remoting.exchange.support.DefaultFuture$RemotingInvocationTimeoutScan.run(DefaultFuture.java:)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:)

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"dubbo-remoting-client-heartbeat-thread-2" # daemon prio= os_prio= tid=0x00007f57f8008800 nid=0x53eb waiting on condition [0x00007f57d0ef5000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x00000000f037a018> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)
    at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:)
    at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$DelayedWorkQueue.take(ScheduledThreadPoolExecutor.java:)
    at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$DelayedWorkQueue.take(ScheduledThreadPoolExecutor.java:)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.getTask(ThreadPoolExecutor.java:)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:)

六、jinfo：Java配置信息工具

jinfo（JVM Configuration info）这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。 之前的jps -v口令只能查看到显示指定的参数，如果想要查看未被显示指定的参数的值就要使用jinfo口令。

jinfo命令格式：

jinfo [ option ] pid

jinfo工具主要选项：

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

示例：

$ sudo ./jinfo -flags
Attaching to process ID , please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.161-b12
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount= -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction= -XX:+DisableExplicitGC -XX:GCLogFileSize= -XX:HeapDumpPath=null -XX:InitialHeapSize= -XX:+ManagementServer -XX:MaxHeapSize= -XX:MaxMetaspaceSize= -XX:MaxNewSize= -XX:MaxTenuringThreshold= -XX:MetaspaceSize= -XX:MinHeapDeltaBytes= -XX:NewSize= -XX:NumberOfGCLogFiles= -XX:OldPLABSize= -XX:OldSize= -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:ThreadStackSize= -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:+UseParNewGC
Command line:  -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port= -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Xms512M -Xmx512M -Xss512K -XX:NewSize=256M -XX:MetaspaceSize=128M -XX:MaxMetaspaceSize=256M -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction= -XX:+DisableExplicitGC -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:logs/warehouse_gateway_gc.log -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles= -XX:GCLogFileSize=10M -XX:HeapDumpPath=logs/warehouse_gateway_dump.hprof -Djava.library.path=lib -Dwrapper.key=kQiO5p_Fz3KA0uhJ -Dwrapper.port= -Dwrapper.jvm.port.min= -Dwrapper.jvm.port.max= -Dwrapper.pid= -Dwrapper.version=3.2. -Dwrapper.native_library=wrapper -Dwrapper.service=TRUE -Dwrapper.cpu.timeout= -Dwrapper.jvmid=