虚拟机性能监控与故障处理工具
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微信公众号:Java基基
博客园： chen_hao：Java开发必须掌握的线上问题排查命令
虚拟机性能监控工具，主要解决可能遇到的如下问题：
- 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
- …
主要的JDK监控和故障处理工具的名称和主要作用如下：
| 名称 | 主要作用 |
|---|---|
| jps | 显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程 |
| jstat | 用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据 |
| jinfo | 显示虚拟机配置信息 |
| jamp | 生成虚拟机的内存转储快照文件 |
| jhat | 用于分析heapdump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 | 显示虚拟机的线程快照 |
一、jps：虚拟机进程状况工具
列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类（main class,main()函数所在的类）名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID。
jps命令格式：
jps [options] [hostid]
常用指令
jps：显示当前用户的所有java进程的PID
jps -v 3331：显示虚拟机参数
jps -m 3331：显示传递给main()函数的参数
jps -l 3331：显示主类的全路径
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工具主要选型：
| 选型 | 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路径 |
| -v | 输出虚拟机进程启动时的JYM参数 |
二、jstat：虚拟机统计信息监视工具
用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令工具。它可以显示本地或远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
jstat命令格式：
jstat [option vmid [interval [s|ms ] [count]]]
jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ]
常用指令
jstat -gc 3331 250 20 ：查询进程2764的垃圾收集情况，每250毫秒查询一次，一共查询20次。
jstat -gccause：额外输出上次GC原因
jstat -calss：件事类装载、类卸载、总空间以及所消耗的时间
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
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）
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
三、jinfo：配置信息工具
jdk8中已经不支持该命令。
实时的查看和调整虚拟机各项参数。
四、jmap：Java内存映像工具
用于生成堆转储快照。
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：
jmap [option] pid
jmap [option] executable core
jmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip
常用指令
jmap -heap 3331：查看java 堆（heap）使用情况
jmap -histo 3331：查看堆内存(histogram)中的对象数量及大小
jmap -histo:live 3331：JVM会先触发gc，然后再统计信息
jmap -dump:format=b,file=heapDump 3331：将内存使用的详细情况输出到文件，之后一般使用其他工具进行分析。
如果运行在64位JVM上，可能需要指定-J-d64命令选项参数。
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：
root@ubuntu:/# jmap -heap 21711
Attaching to process ID 21711, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 20.10-b01
using thread-local object allocation.
Parallel GC with 4 thread(s)
Heap Configuration:
MinHeapFreeRatio = 40
MaxHeapFreeRatio = 70
MaxHeapSize = 2067791872 (1972.0MB)
NewSize = 1310720 (1.25MB)
MaxNewSize = 17592186044415 MB
OldSize = 5439488 (5.1875MB)
NewRatio = 2
SurvivorRatio = 8
PermSize = 21757952 (20.75MB)
MaxPermSize = 85983232 (82.0MB)
Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
capacity = 6422528 (6.125MB)
used = 5445552 (5.1932830810546875MB)
free = 976976 (0.9317169189453125MB)
84.78829520089286% used
From Space:
capacity = 131072 (0.125MB)
used = 98304 (0.09375MB)
free = 32768 (0.03125MB)
75.0% used
To Space:
capacity = 131072 (0.125MB)
used = 0 (0.0MB)
free = 131072 (0.125MB)
0.0% used
PS Old Generation
capacity = 35258368 (33.625MB)
used = 4119544 (3.9287033081054688MB)
free = 31138824 (29.69629669189453MB)
11.683876009235595% used
PS Perm Generation
capacity = 52428800 (50.0MB)
used = 26075168 (24.867218017578125MB)
free = 26353632 (25.132781982421875MB)
49.73443603515625% used
....
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：
root@ubuntu:/# jmap -histo:live 21711 | more
num #instances #bytes class name----------------------------------------------
1: 38445 5597736 <constMethodKlass>
2: 38445 5237288 <methodKlass>
3: 3500 3749504 <constantPoolKlass>
4: 60858 3242600 <symbolKlass>
5: 3500 2715264 <instanceKlassKlass>
6: 2796 2131424 <constantPoolCacheKlass>
7: 5543 1317400 [I
8: 13714 1010768 [C
9: 4752 1003344 [B
10: 1225 639656 <methodDataKlass>
11: 14194 454208 java.lang.String
12: 3809 396136 java.lang.Class
13: 4979 311952 [S
14: 5598 287064 [[I
15: 3028 266464 java.lang.reflect.Method
16: 280 163520 <objArrayKlassKlass>
17: 4355 139360 java.util.HashMap$Entry
18: 1869 138568 [Ljava.util.HashMap$Entry;
19: 2443 97720 java.util.LinkedHashMap$Entry
20: 2072 82880 java.lang.ref.SoftReference
21: 1807 71528 [Ljava.lang.Object;
22: 2206 70592 java.lang.ref.WeakReference
23: 934 52304 java.util.LinkedHashMap
24: 871 48776 java.beans.MethodDescriptor
25: 1442 46144 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry
26: 804 38592 java.util.HashMap
27: 948 37920 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment
28: 1621 35696 [Ljava.lang.Class;
29: 1313 34880 [Ljava.lang.String;
30: 1396 33504 java.util.LinkedList$Entry
31: 462 33264 java.lang.reflect.Field
32: 1024 32768 java.util.Hashtable$Entry
33: 948 31440 [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry;
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
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：
jmap -dump:format=b,file=dumpFileName pid
对上面进程ID为21711进行Dump：
root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711
Dumping heap to /tmp/dump.dat ...
Heap dump file created
dump出来的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看，这里用jhat查看：
root@ubuntu:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.dat
Reading from /tmp/dump.dat...
Dump file created Tue Jan 28 17:46:14 CST 2014Snapshot read, resolving...
Resolving 132207 objects...
Chasing references, expect 26 dots..........................
Eliminating duplicate references..........................
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 9998Server is ready.
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：
五、jhat：虚拟机堆转储快照分析工具
一般与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的堆转储文件。
常用指令
jmap -dump:format=b,file=heapDump 3331 + jhat heapDump：解析Java堆转储文件,并启动一个 web server
六、jstack：Java堆栈跟踪工具
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：
jstack [option] pid
jstack [option] executable core
jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip
命令行参数选项说明如下：
-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）
常用指令
jstack 3331：查看线程情况
jstack -F 3331：正常输出不被响应时，使用该指令
jstack -l 3331：除堆栈外，显示关于锁的附件信息
Jstack -l PID >> 123.txt 在发生死锁时可以用jstack -l pid来观察锁持有情况 >>123.txt dump到指定文件
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：
root@ubuntu:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v grep
root 21711 1 1 14:47 pts/3 00:02:10 java -jar mrf-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 -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：
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
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：
root@ubuntu:/# jstack 21711 | grep 54ee
"PollIntervalRetrySchedulerThread" prio=10 tid=0x00007f950043e000 nid=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：
// Idle wait
getLog().info("Thread [" + getName() + "] is idle waiting...");
schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;
long now = System.currentTimeMillis();
long waitTime = now + getIdleWaitTime();
long timeUntilContinue = waitTime - now;
synchronized(sigLock) { try {
if(!halted.get()) {
sigLock.wait(timeUntilContinue);
}
} catch (InterruptedException ignore) {
}
}
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()。
七、HSDIS：JIT生成代码反汇编
八、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：
java -agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClass
java -Xrunprof[:options] ToBeProfiledClass
javac -J-agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClass
完整的命令选项如下：
Option Name and Value Description Default
--------------------- ----------- -------
heap=dump|sites|all heap profiling all
cpu=samples|times|old CPU usage off
monitor=y|n monitor contention n
format=a|b text(txt) or binary output a
file=<file> write data to file java.hprof[.txt]
net=<host>:<port> send data over a socket off
depth=<size> stack trace depth 4
interval=<ms> sample interval in ms 10
cutoff=<value> output cutoff point 0.0001
lineno=y|n line number in traces? y
thread=y|n thread in traces? n
doe=y|n dump on exit? y
msa=y|n Solaris micro state accounting n
force=y|n force output to <file> y
verbose=y|n print messages about dumps y
九、常见问题定位过程
9.1频繁GC问题或内存溢出问题
一、使用jps查看线程ID
二、使用jstat -gc 3331 250 20 查看gc情况，一般比较关注PERM区的情况，查看GC的增长情况。
三、使用jstat -gccause：额外输出上次GC原因
四、使用jmap -dump:format=b,file=heapDump 3331生成堆转储文件
五、使用jhat或者可视化工具（Eclipse Memory Analyzer 、IBM HeapAnalyzer）分析堆情况。
六、结合代码解决内存溢出或泄露问题。
9.2死锁问题
一、使用jps查看线程ID
二、使用jstack 3331：查看线程情况