Java虚拟机8：虚拟机性能监控与故障处理工具

前言

定位系统问题的时候，知识、经验是基础，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、堆转储快照等。经常使用适当的虚拟机监控和分析的工具可以加快分析数据、定位解决问题的速度。

jps：虚拟机进程状况工具

首先约定一下运行的代码都是以下这段

 public class TestMain
 {
     public static void main(String[] args)
     {
         while (true)
         {

         }
     }
 }

JDK的很多小工具的名字都参考了UNIX命令的命名方式，jps（JVM Process Status）是其中的典型。除了名字像UNIX的ps命令外，它的功能也和ps命令类似：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以及这些进程的本地虚拟机唯一ID（Local Virtual Machine Identifier,LVMID）。虽然功能比较单一，但它是使用最高的JDK命令行工具，因为其他的JDK工具大多需要输入它查询到的LVMID来确定要监控的是哪一个虚拟机进程。

jps命令格式：

jps [ options ] [ hostid ]

jps工具主要选项

选    项	作            用
-q	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包路径
-v	输出虚拟机进程启动时的JVM参数

jps执行样例

某个虚拟机进程执行TestMain这个类的main方法，看到10492就是该虚拟机进程的ID

jstat：虚拟机统计信息监控工具

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）使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（需要远程主机提供RMI支持）虚拟机进程中的类信息、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据，在没有GUI，只提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期间定位虚拟机性能问题的首选工具。

jstat命令格式

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

这个VMID，对于本地虚拟机进程而言，VMID和LVMID是一致的。参数interval和count分别表示查询间隔和次数，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的垃圾收集情况，一共查询20次，那命令应当是：

jstat -gc 2764 250 20

jstat主要工具选项

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、永久带等的容量、已用空间、GC时间合计等信息
-gccapacity	监视内容基本与-gc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	监视内容基本与-gc相同，但输出主要关注已使用的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	监视内容基本与-gcnew相同，但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	监视内容基本与-gcold相同，但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

jstat执行样例

jstat监视选项众多，举一个例子来查看一下该命令如何查看监视结果

查询结果表明，新生代Eden区（E，表示Eden）使用了2%的空间，两个Survivor区（S0、S1，表示Survivor0、Survivor1）都是空的，老年代（O，表示Old）和永久带（P。表示Permanent）则分别使用了0%和13.84%的空间。程序运行以来共发生Minor GC（YGC，表示Young GC）0次，总共耗时0秒；发生Full GC（FGC，表示Full GC）3次，Full GC共耗时（FGCT，Full GC Time）为0秒，所有GC总耗时（GCT，表示GC Time）0秒。

jinfo：Java配置信息工具

jinfo（Configuration Info for Java）的作用是实时地查看和调整虚拟机各项参数。使用jps命令的-v可以查看虚拟机启动时显式指定的参数列表，但如果想知道未被显式指定的参数的系统默认值，可以使用jinfo的-flag选项进行查询，jinfo还可以使用-sysprops选项把虚拟机进程的System.getProperties()的内容打印出来。

jinfo命令格式

jinfo [ option ] pid

jinfo执行样例

jinfo这个命令对于Windows平台有较大限制，在Linux和Solaris系统才可以正常使用，所以这里就不演示了。

jmap：Java内存映像工具

jmap（Memory Map for Java）命令用于生成堆转储快照。如果不使用jmap命令，要想获取Java堆转储，可以使用“-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError”参数，可以让虚拟机在OOM异常出现之后自动生成dump文件，Linux命令下可以通过kill -3发送进程退出信号也能拿到dump文件。

jmap的作用并不仅仅是为了获取dump文件，它还可以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如空间使用率、当前使用的是哪种收集器等。和jinfo一样，jmap有不少功能在Windows平台下也是受限制的，除了生成dump文件的-dump选项和用于查看每个类的实例、空间占用统计的-histo选项在所有操作系统都提供之外，其余选项都只能在Linux和Solaris系统下使用。

jmap命令格式

jmap [ option ] vmid

jmap工具主要选项

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自参数说明是否只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和Solaris系统下有效
-heap	显示Java堆详细信息，如使用哪种收集器、参数配置、分代状况等。只在Linux和Solaris系统下有效
-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。只在Linux和Solaris系统下有效
-F	当虚拟机进行对-dump选项没有响应时，可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux和Solaris系统下有效

jmap执行样例

同样，这个命令对Window环境限制也比较大，就不演示了。

jstack：Java堆栈跟踪工具

jstack（Stack Trace for Java）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的集合，生成线程快照的目的主要是定位线程长时间出现停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等都是导致线程长时间停顿的原因。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些什么事情，或者在等待些什么资源。

jstack命令格式

jstack [ option ] vmid

jstack主要工具选项

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时候，可以显示C/C++的堆栈

jstack执行样例

只截取一部分，看到这就是10492这个虚拟机进程ID当前时刻的线程快照。线程处于RUNNABLE状态，执行到了TestMain函数的第7行，并且一直停留在第7行。

其他

上面都是利用命令采集指定进程的虚拟机运行时的信息，实际上，还可以利用可视化工具对指定PID的虚拟机运行时信息进行监控，这里推荐两个：

1、JConsole

在Java_HOME/bin目录下，有一个jconsole.exe，双击运行一下就可以了。

2、Visual VM

这个是到目前为止随JDK发布的功能最为强大的运行监视和故障处理工具，除了最基本的运行监视、 故障处理外，还有性能分析的功能，且十分强大。Visual VM还有一个很大的优点，它对应用程序的实际性能影响很小，使得它可以直接应用在生产环境中。

至于具体如何使用，就不演示了，比较简单。除了上面两个工具，还可以使用JProfiler、YourKit等专业且收费的Profiling工具。