Java虚拟机：性能监控与故障处理工具
概述：
給一個系統(tǒng)定位問題的時候，知識、經(jīng)驗是關鍵基礎，數(shù)據(jù)是依據(jù)。工具是運用知識處理數(shù)據(jù)的手段。這里說的數(shù)據(jù)包括：運行日志、異常堆棧、GC日志、線程快照文件（threaddump/javacore文件）、堆轉儲快照（heapdump/hprof文件）等。
## JDK的命令行工具：
JDK的命令行工具大多數(shù)是對jdk/lib/tools.jar類庫的一層薄包裝而已，它們的主要功能代碼是在tools類庫中實現(xiàn)的。Linux下的這些工具有的甚至是用shell腳本編寫的。
SUN JDK監(jiān)控和故障處理工具：
| jps | jvm process status tool，顯示指定系統(tǒng)內所有的hotspot虛擬機進程 |
| jstat | jvm statistics monitoring tool，用于收集hotspot虛擬機各方面的運行數(shù)據(jù) |
| jinfo | configuration info for java，顯示虛擬機配置信息 |
| jmap | memory map for java，生成虛擬機的內存轉儲快照（heapdump文件） |
| jhat | jvm heap dump browser，用于分析heapmap文件，它會建立一個http/html服務器讓用戶可以在瀏覽器上查看分析結果 |
| jstack | stack trace for java ,顯示虛擬機的線程快照 |
一、 jps：虛擬機進程狀況工具：
可以列出正在運行的虛擬機進程，并顯示虛擬機執(zhí)行主類名稱以及這些進程的本地虛擬機唯一ID。
jps命令格式?jps [options] [hostid]
jps可以通過RMI協(xié)議開啟了RMI服務的遠程虛擬機進程狀態(tài)，hostid為RMI注冊表中注冊的主機名。
jps常用的選項：
| -p | 只輸出LVMID，省略主類的名稱 |
| -m | 輸出虛擬機進程啟動時傳遞給主類main（）函數(shù)的參數(shù) |
| -l | 輸出主類的全名，如果進程執(zhí)行的是jar包，輸出jar路徑 |
| -v | 輸出虛擬機進程啟動時jvm參數(shù) |
二、jstat：虛擬機統(tǒng)計信息監(jiān)視工具：
jstat是用于監(jiān)視虛擬機各種運行狀態(tài)信息的命令行工具。它可以顯示本地或者遠程虛擬機進程中的類裝載、內存、垃圾回收、JIT編譯等運行數(shù)據(jù)。在沒有GUI圖形界面，只是提供了純文本控制臺環(huán)境的服務器上，它將是運行期定位虛擬機性能問題的首選工具。
jstat的命令格式：jstat [option vmid [interval [s|ms] [count]] ]
對于命令格式中的VMID和LVMID，如過是本地虛擬機進程，VMID和LVMID是一致的，如果是遠程虛擬機，那VMID的格式應當是：[protocol:] [//] lvmid[@hostname[:port]/servername].
參數(shù)interval 和count分別表示查詢的間隔和次數(shù)，如果省略這兩個參數(shù)，說明只查詢一次。
| -class | 監(jiān)視裝載類、卸載類、總空間以及類裝載所耗費的時間 |
| -gc | 監(jiān)視java堆狀況，包括eden區(qū)、兩個survivor區(qū)、老年代、永久代等的容量、已用空間、GC時間合計信息 |
| -gccapacity | 監(jiān)視內容與-gc基本相同，但輸出主要關注java堆各個區(qū)域使用到最大、最小空間 |
| -gcutil | 監(jiān)視內容與-gc基本相同，但輸出主要關注已使用控件占總空間的百分比 |
| -gccause | 與-gcutil功能一樣，但是會額外輸出導致上一次gc產生的原因 |
| -gcnew | 監(jiān)視新生代GC情況 |
| -gcnewcapacity | 監(jiān)視內容與-gcnew基本相同，輸出主要關注使用到的最大、最小空間 |
| -gcold | 監(jiān)視老年代GC情況 |
| -gcoldcapacity | 監(jiān)視內容與-gcold基本相同，輸出主要關注使用到的最大、最小空間 |
| -gcpermcapacity | 輸出永久代使用到的最大、最小空間 |
| -compiler | 輸出JIT編譯過的方法、耗時等信息 |
| -printcompilation | 輸出已經(jīng)被JIT編譯過的方法 |
三、jinfo：Java配置信息工具：
jinfo命令的作用是實時地查看和調整虛擬機各項參數(shù)。
jinfo 命令格式：jinfo [option]? pid
四、jmap：java內存映像工具：
jmap命令用于生成堆轉儲快照（dump文件）。jmap的作用并不僅僅為了獲取dump文件，它還可以查詢finalize執(zhí)行隊列、java堆和永久代的詳細信息。如空間使用率、當前用的是哪種收集器等。
jmap格式 jmap [option] vmid
| -dump | 生成java堆轉儲快照。格式為： -dump:[live,]format=b,file=,其中l(wèi)ive子參數(shù)說明是否只dump出存活的對象 |
| -finalizerinfo | 顯示在F-Queue中等待Finalizer線程執(zhí)行finalize方法的對象。只在Linux/Solaris平臺下有效 |
| -heap | 顯示java堆詳細信息，如使用哪種收集器、參數(shù)配置、分代情況等，在Linux/Solaris平臺下有效 |
| -jisto | 顯示堆中對象統(tǒng)計信息，包含類、實例對象、合集容量 |
| -permstat | 以ClassLoader為統(tǒng)計口徑顯示永久代內存狀態(tài)。只在Linux/Solaris平臺下有效 |
| -F | 當虛擬機進程對-dump選項沒有相應時。可使用這個選項強制生成dump快照。只在Linux/Solaris平臺下有效 |
五、jhat：虛擬機堆轉儲快照分析工具：
與jmap搭配使用，來分析dump生成的堆快照。jhat內置了一個微型的HTTP/HTML服務器，生成dump文件的分析結果后，可以在瀏覽器中查看。
用法舉例: jhat test1.bin
test1.bin為生成的dump文件。屏幕顯示“Server is ready.”的提示后，用戶在瀏覽器中鍵入http://localhost:7000就可以看到分析的結果了。分析結果默認是以包圍單位進行分組顯示，分析內存泄漏問題主要會使用到其中的“Heap Histogram”與OQL標簽的功能。前者可以找到內存中總容量最大的對象。后者是標準的對象查詢語言，使用類似SQL的語法對內存中的對象進行查詢統(tǒng)計。
六、jstack：java堆棧跟蹤工具：
jstack命令用于生成虛擬機當前時刻的線程快照（一般稱為threaddump或者javacore文件）。線程快照就是當前虛擬機內每一條線程正在執(zhí)行的方法堆棧集合，生成線程快照的主要目的是定位線程出現(xiàn)長時間停頓的原因，如線程死鎖、死循環(huán)、請求外部資源導致長時間等待等。
jstack 格式?jstack [option] vmid
option選項的合法值和具體含義：
| -Fssssll | 當正常輸出dssssss的請求不被響應時，強制輸出線程堆棧 |
| -l | 除堆棧外，顯示關于鎖的附加信息 |
| -m | 如果調用到本地方法的話，可以顯示c/c++的堆棧 |
java.lang.Thread類中新增了一個getAllStackTraces()方法用于獲取虛擬機中所有線程的StackTraceElement對象。使用這個方法可以通過簡單的幾行代碼就完成jstack的大部分功能。
七、HSDIS：JIT生成代碼反匯編：
在Java虛擬機規(guī)范中，詳細描述了虛擬機指令集中每條指令的執(zhí)行過程、執(zhí)行前后對操作數(shù)棧、局部變量表的影響等細節(jié)。這些細節(jié)描述與Sun的早期虛擬機（Sun Classic VM）高度吻合，但隨著技術的發(fā)展，高性能虛擬機真正的細節(jié)實現(xiàn)方式已經(jīng)漸漸與虛擬機規(guī)范所描述的內容產生了越來越大的差距，虛擬機規(guī)范中的描述逐漸成了虛擬機實現(xiàn)的“概念模型”——即實現(xiàn)只能保證規(guī)范描述等效。基于這個原因，我們分析程序的執(zhí)行語義問題（虛擬機做了什么）時，在字節(jié)碼層面上分析完全可行，但分析程序的執(zhí)行行為問題（虛擬機是怎樣做的、性能如何）時，在字節(jié)碼層面上分析就沒有什么意義了，需要通過其他方式解決。
分析程序如何執(zhí)行，通過軟件調試工具（GDB、Windbg等）來斷點調試是最常見的手段，但是這樣的調試方式在Java虛擬機中會遇到很大困難，因為大量執(zhí)行代碼是通過JIT編譯器動態(tài)生成到CodeBuffer中的，沒有很簡單的手段來處理這種混合模式的調試（不過相信虛擬機開發(fā)團隊內部肯定是有內部工具的）。因此，不得不通過一些特別的手段來解決問題，基于這種背景，本節(jié)的主角——HSDIS插件就正式登場了。
HSDIS是一個Sun官方推薦的HotSpot虛擬機JIT編譯代碼的反匯編插件，它包含在HotSpot虛擬機的源碼之中，但沒有提供編譯后的程序。在Project Kenai的網(wǎng)站也可以下載到單獨的源碼。它的作用是讓HotSpot的-XX：+PrintAssembly指令調用它來把動態(tài)生成的本地代碼還原為匯編代碼輸出，同時還生成了大量非常有價值的注釋，這樣我們就可以通過輸出的代碼來分析問題。讀者可以根據(jù)自己的操作系統(tǒng)和CPU類型從Project Kenai的網(wǎng)站上下載編譯好的插件，直接放到JDK_HOME/jre/bin/client和JDK_HOME/jre/bin/server目錄中即可。如果沒有找到所需操作系統(tǒng)（譬如Windows的就沒有）的成品，那就得自己使用源碼編譯一下。
還需要注意的是，如果讀者使用的是Debug或者FastDebug版的HotSpot，那可以直接通過-XX：+PrintAssembly指令使用插件；如果使用的是Product版的HotSpot，那還要額外加入一個-XX：+UnlockDiagnosticVMOptions參數(shù)。
八、JDK的可視化工具：
JDK中除了提供大量的命令行工具外，還有兩個功能強大的可視化工具：JConsole和VisualVM。
1、JConsole：
JConsole是一種基于JMX的可視化監(jiān)視、管理工具。他管理部分的功能是針對JMX MBean進行管理。
JConsole工具在JDK/bin目錄下，啟動JConsole后，將自動搜索本機運行的jvm進程，不需要jps命令來查詢指定。雙擊其中一個jvm進程即可開始監(jiān)控，也可使用“遠程進程”來連接遠程服務器。
2、Visual VM：多合一故障處理工具：
VisualVM是一個集成多個JDK命令行工具的可視化工具。VisualVM基于NetBeans平臺開發(fā)，它具備了插件擴展功能的特性，通過插件的擴展，可用于顯示虛擬機進程及進程的配置和環(huán)境信息(jps，jinfo)，監(jiān)視應用程序的CPU、GC、堆、方法區(qū)及線程的信息(jstat、jstack)，dump以及分析堆轉儲快照（jmap、jhat）等。VisualVM在JDK/bin目錄下。
VisualVM的性能分析功能甚至比起JProfiler、YourKit等專業(yè)且收費的Profiling工具都不會遜色多少，而且VisualVM還有一個很大的優(yōu)點：不需要被監(jiān)視的程序基于特殊Agent運行，因此它對應用程序的實際性能的影響很小，使得它可以直接應用在生產環(huán)境中。這個優(yōu)點是JProfiler、YourKit等工具無法與之媲美的。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java虚拟机：性能监控与故障处理工具的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： Java设计模式之行为型：解释器模式
- 下一篇： Java集合篇：HashMap原理详解（