現(xiàn)實企業(yè)級Java應(yīng)用開發(fā)、維護中，有時候我們會碰到下面這些問題：
OutOfMemoryError，內(nèi)存不足
內(nèi)存泄露
線程死鎖
鎖爭用（Lock Contention）
Java進程消耗CPU過高
......
這些問題在日常開發(fā)、維護中可能被很多人忽視（比如有的人遇到上面的問題只是重啟服務(wù)器或者調(diào)大內(nèi)存，而不會深究問題根源），但能夠理解并解決這些問題是Java程序員進階的必備要求。本文將對一些常用的JVM性能調(diào)優(yōu)監(jiān)控工具進行介紹，希望能起拋磚引玉之用。
而且這些監(jiān)控、調(diào)優(yōu)工具的使用，無論你是運維、開發(fā)、測試，都是必須掌握的。
A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)
jps主要用來輸出JVM中運行的進程狀態(tài)信息。語法格式如下：
jps [options] [hostid]
如果不指定hostid就默認為當(dāng)前主機或服務(wù)器。
命令行參數(shù)選項說明如下：
-q 不輸出類名、Jar名和傳入main方法的參數(shù)-m 輸出傳入main方法的參數(shù)-l 輸出main類或Jar的全限名-v 輸出傳入JVM的參數(shù)
比如下面：
root@ubuntu:/# jps -m -l2458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml29920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat3149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start30972 sun.tools.jps.Jps -m -l8247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start25687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat21711 mrf-center.jar
B、 jstack
jstack主要用來查看某個Java進程內(nèi)的線程堆棧信息。語法格式如下：
jstack [option] pidjstack [option] executable corejstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip
命令行參數(shù)選項說明如下：
-l long listings，會打印出額外的鎖信息，在發(fā)生死鎖時可以用jstack -l pid來觀察鎖持有情況-m mixed mode，不僅會輸出Java堆棧信息，還會輸出C/C++堆棧信息（比如Native方法）
jstack可以定位到線程堆棧，根據(jù)堆棧信息我們可以定位到具體代碼，所以它在JVM性能調(diào)優(yōu)中使用得非常多。下面我們來一個實例找出某個Java進程中最耗費CPU的Java線程并定位堆棧信息，用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。
第一步先找出Java進程ID，我部署在服務(wù)器上的Java應(yīng)用名稱為mrf-center：
root@ubuntu:/# ps -ef | grep mrf-center | grep -v greproot 21711 1 1 14:47 pts/3 00:02:10 java -jar mrf-center.jar
得到進程ID為21711，第二步找出該進程內(nèi)最耗費CPU的線程，可以使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid，我這里用第三個，輸出如下：
TIME列就是各個Java線程耗費的CPU時間，CPU時間最長的是線程ID為21742的線程，用
printf "%x\n" 21742
得到21742的十六進制值為54ee，下面會用到。
OK，下一步終于輪到j(luò)stack上場了，它用來輸出進程21711的堆棧信息，然后根據(jù)線程ID的十六進制值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這個類的Object.wait()，我找了下我的代碼，定位到下面的代碼：
// Idle waitgetLog().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) { }}
它是輪詢?nèi)蝿?wù)的空閑等待代碼，上面的sigLock.wait(timeUntilContinue)就對應(yīng)了前面的Object.wait()。
C、 jmap（Memory Map）和jhat（Java Heap Analysis Tool）
jmap用來查看堆內(nèi)存使用狀況，一般結(jié)合jhat使用。
jmap語法格式如下：
jmap [option] pidjmap [option] executable corejmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip
如果運行在64位JVM上，可能需要指定-J-d64命令選項參數(shù)。
jmap -permstat pid
打印進程的類加載器和類加載器加載的持久代對象信息，輸出：類加載器名稱、對象是否存活（不可靠）、對象地址、父類加載器、已加載的類大小等信息，如下圖：
使用jmap -heap pid查看進程堆內(nèi)存使用情況，包括使用的GC算法、堆配置參數(shù)和各代中堆內(nèi)存使用情況。比如下面的例子：
root@ubuntu:/# jmap -heap 21711Attaching to process ID 21711, please wait...Debugger attached successfully.Server compiler detected.JVM version is 20.10-b01using 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 MBOldSize = 5439488 (5.1875MB)NewRatio = 2 SurvivorRatio = 8 PermSize = 21757952 (20.75MB)MaxPermSize = 85983232 (82.0MB)Heap Usage:PS Young GenerationEden Space: capacity = 6422528 (6.125MB) used = 5445552 (5.1932830810546875MB) free = 976976 (0.9317169189453125MB) 84.78829520089286% usedFrom Space: capacity = 131072 (0.125MB) used = 98304 (0.09375MB) free = 32768 (0.03125MB) 75.0% usedTo Space: capacity = 131072 (0.125MB) used = 0 (0.0MB) free = 131072 (0.125MB) 0.0% usedPS Old Generation capacity = 35258368 (33.625MB) used = 4119544 (3.9287033081054688MB) free = 31138824 (29.69629669189453MB) 11.683876009235595% usedPS Perm Generation capacity = 52428800 (50.0MB) used = 26075168 (24.867218017578125MB) free = 26353632 (25.132781982421875MB) 49.73443603515625% used ....
使用jmap -histo[:live] pid查看堆內(nèi)存中的對象數(shù)目、大小統(tǒng)計直方圖，如果帶上live則只統(tǒng)計活對象，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是對象類型，說明如下：
B byteC charD doubleF floatI intJ longZ boolean[ 數(shù)組，如[I表示int[][L+類名 其他對象
還有一個很常用的情況是：用jmap把進程內(nèi)存使用情況dump到文件中，再用jhat分析查看。jmap進行dump命令格式如下：
jmap -dump:format=b,file=dumpFileName pid
我一樣地對上面進程ID為21711進行Dump：
root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711 Dumping heap to /tmp/dump.dat ...Heap dump file created
dump出來的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看，這里用jhat查看：
root@ubuntu:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.datReading 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這種參數(shù)指定最大堆內(nèi)存，即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。然后就可以在瀏覽器中輸入主機地址:9998查看了：
上面紅線框出來的部分大家可以自己去摸索下，最后一項支持OQL（對象查詢語言）。
D、jstat（JVM統(tǒng)計監(jiān)測工具）
語法格式如下：
jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ]
vmid是Java虛擬機ID，在Linux/Unix系統(tǒng)上一般就是進程ID。interval是采樣時間間隔。count是采樣數(shù)目。比如下面輸出的是GC信息，采樣時間間隔為250ms，采樣數(shù)為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 0.649192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649192.0 192.0 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義，先看JVM堆內(nèi)存布局：
可以看出：
堆內(nèi)存 = 年輕代 + 年老代 + 永久代年輕代 = Eden區(qū) + 兩個Survivor區(qū)（From和To）
現(xiàn)在來解釋各列含義：
S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1區(qū)容量（Capacity）和使用量（Used）EC、EU：Eden區(qū)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：年輕代GC次數(shù)和GC耗時FGC、FGCT：Full GC次數(shù)和Full GC耗時GCT：GC總耗時
E、hprof（Heap/CPU Profiling Tool）
hprof能夠展現(xiàn)CPU使用率，統(tǒng)計堆內(nèi)存使用情況。
語法格式如下：
java -agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClassjava -Xrunprof[:options] ToBeProfiledClassjavac -J-agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClass
完整的命令選項如下：
Option Name and Value Description Default--------------------- ----------- -------heap=dump|sites|all heap profiling allcpu=samples|times|old CPU usage offmonitor=y|n monitor contention nformat=a|b text(txt) or binary output afile=<file> write data to file java.hprof[.txt]net=<host>:<port> send data over a socket offdepth=<size> stack trace depth 4interval=<ms> sample interval in ms 10cutoff=<value> output cutoff point 0.0001lineno=y|n line number in traces? ythread=y|n thread in traces? ndoe=y|n dump on exit? ymsa=y|n Solaris micro state accounting nforce=y|n force output to <file> yverbose=y|n print messages about dumps y
來幾個官方指南上的實例。
CPU Usage Sampling Profiling(cpu=samples)的例子：
java -agentlib:hprof=cpu=samples,interval=20,depth=3 Hello
上面每隔20毫秒采樣CPU消耗信息，堆棧深度為3，生成的profile文件名稱是java.hprof.txt，在當(dāng)前目錄。
CPU Usage Times Profiling(cpu=times)的例子，它相對于CPU Usage Sampling Profile能夠獲得更加細粒度的CPU消耗信息，能夠細到每個方法調(diào)用的開始和結(jié)束，它的實現(xiàn)使用了字節(jié)碼注入技術(shù)（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能生成更詳細的Heap Dump信息：
javac -J-agentlib:hprof=heap=dump Hello.java
雖然在JVM啟動參數(shù)中加入-Xrunprof:heap=sites參數(shù)可以生成CPU/Heap Profile文件，但對JVM性能影響非常大，不建議在線上服務(wù)器環(huán)境使用。
