JVM性能調優

JVM性能調優監控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用詳解

JDK本身提供了很多方便的JVM性能調優監控工具，除了集成式的VisualVM和jConsole外，還有jps、jstack、jmap、jhat、jstat等小巧的工具，本博客希望能起拋磚引玉之用，讓大家能開始對JVM性能調優的常用工具有所瞭解。

現實企業級Java開發中，有時候我們會碰到下面這些問題：

OutOfMemoryError，內存不足
內存泄露
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中可能被很多人忽視（比如有的人遇到上面的問題只是重啓服務器或者調大內存，而不會深究問題根源），但能夠理解並解決這些問題是Java程序員進階的必備要求。本文將對一些常用的JVM性能調優監控工具進行介紹，希望能起拋磚引玉之用。本文參考了網上很多資料，難以一一列舉，在此對這些資料的作者表示感謝！關於JVM性能調優相關的資料，請參考文末。

A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)

jps主要用來輸出JVM中運行的進程狀態信息。語法格式如下：

1	`jps [options] [hostid]`

如果不指定hostid就默認爲當前主機或服務器。

命令行參數選項說明如下：

1

2

3

4


-q 不輸出類名、Jar名和傳入main方法的參數

-m 輸出傳入main方法的參數

-l 輸出main類或Jar的全限名

-v 輸出傳入JVM的參數

比如下面：


root@ubuntu:/# jps -m -l

2458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml

29920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat

3149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

30972 sun.tools.jps.Jps -m -l

8247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

25687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat

21711 mrf-center.jar

B、 jstack

jstack主要用來查看某個Java進程內的線程堆棧信息。語法格式如下：

1

2

3


jstack [option] pid

jstack [option] executable core

jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip

命令行參數選項說明如下：

1 2	`-l long listings，會打印出額外的鎖信息，在發生死鎖時可以用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，根據堆棧信息我們可以定位到具體代碼，所以它在JVM性能調優中使用得非常多。下面我們來一個實例找出某個Java進程中最耗費CPU的Java線程並定位堆棧信息，用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。

第一步先找出Java進程ID，我部署在服務器上的Java應用名稱爲mrf-center：

1 2	`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`

得到進程ID爲21711，第二步找出該進程內最耗費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，我這裏用第三個，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爲21742的線程，用

1	`printf` `"%x\n"` `21742`

得到21742的十六進制值爲54ee，下面會用到。

OK，下一步終於輪到jstack上場了，它用來輸出進程21711的堆棧信息，然後根據線程ID的十六進制值grep，如下：

1 2	`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 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) {

    }

}

它是輪詢任務的空閒等待代碼，上面的sigLock.wait(timeUntilContinue)就對應了前面的Object.wait()。

C、 jmap（Memory Map）和jhat（Java Heap Analysis Tool）

jmap用來查看堆內存使用狀況，一般結合jhat使用。

jmap語法格式如下：

1

2

3


jmap [option] pid

jmap [option] executable core

jmap [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。

1	`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查看進程堆內存使用情況，包括使用的GC算法、堆配置參數和各代中堆內存使用情況。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查看堆內存中的對象數目、大小統計直方圖，如果帶上live則只統計活對象，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  byte

C  char

D  double

F  float

I  int

J  long

Z  boolean

[  數組，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：

1	`jmap -dump:format=b,file=dumpFileName`

我一樣地對上面進程ID爲21711進行Dump：

1

2

3


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，這裏用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 2014

Snapshot read, resolving...

Resolving 132207 objects...

Chasing references, expect 26 dots..........................

Eliminating duplicate references..........................

Snapshot resolved.

Started HTTP server on port 9998

Server is ready.

然後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，最後一項支持OQL（對象查詢語言）。

D、jstat（JVM統計監測工具）

語法格式如下：

1	`jstat [ generalOption \| outputOptions vmid [interval[s\|ms] [count]] ]`

vmid是虛擬機ID，在Linux/Unix系統上一般就是進程ID。interval是採樣時間間隔。count是採樣數目。比如下面輸出的是GC信息，採樣時間間隔爲250ms，採樣數爲4：

1

2

3

4

5

6


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

要明白上面各列的意義，先看JVM堆內存佈局：

可以看出：

1 2	`堆內存 = 年輕代 + 年老代 + 永久代` `年輕代 = Eden區 + 兩個Survivor區（From和To）`

現在來解釋各列含義：

1

2

3

4

5

6

7


S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1區容量（Capacity）和使用量（Used）

EC、EU：Eden區容量和使用量

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次數和GC耗時

FGC、FGCT：Full GC次數和Full GC耗時

GCT：GC總耗時

其他JVM性能調優參考資料：

《Java虛擬機規範》

《Java Performance》

《Trouble Shooting Guide for JavaSE 6 with HotSpot VM》: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tsg-vm-149989.pdf

《Effective Java》

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

Monitoring and Managing JavaSE 6 Applications: http://www.oracle.com/technetwork/articles/javase/monitoring-141801.html

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