JVM性能调优监控工具专题二：VisualVM基本篇之监控JVM内存，CPU，线程
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JVM性能調(diào)優(yōu)監(jiān)控工具專題二：VisualVM基本篇之監(jiān)控JVM內(nèi)存，CPU，線程 博客分類： java jvm ?前言：
? ? ? ? 上一個專題中講述了JVM中自帶的各種性能測試的小工具：包括jps,jstatck,jmap,jhat,jsats,hprof
http://josh-persistence.iteye.com/blog/2161848，根據(jù)項目應用中的具體情況，如果想要查看Java進程中線程堆棧的信息，可以選擇jstack，如果要查看堆內(nèi)存，可以使用jmap導出并使用jhat來進行分析，包括查看類的加載信息，GC算法那，對象的使用情況等，還可以使用jstat來對JVM進行統(tǒng)計監(jiān)測，包括查看各個區(qū)內(nèi)存和GC的情況，還可以使用hprof能夠展現(xiàn)CPU使用率，統(tǒng)計堆內(nèi)存使用情況。
? ? ? ? 這樣會造成不必要的麻煩，難道就沒有一個tool可以 包括如上所有的功能？答案是有的，自從 JDK 6 Update 7以后，提供了一全新的性能檢測工具:VisualVM,VisualVM對運行中的Java應用提供了可視化的信息展示, 它是很多工具的整合包，整合了JConsole,jstat,jinfo,jstack以及jmap。
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下一個專題將講解VirualVM對GC的監(jiān)控，以及遠程監(jiān)控，對Tomcat、Jboss等的監(jiān)控以及在Eclipse中集成 ?VirualVM
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二、基本概述：
? ? ? ? VisualVM 是一款免費的\集成了多個 JDK 命令行工具的可視化工具，它能為您提供強大的分析能力，對 Java 應用程序做性能分析和調(diào)優(yōu)。這些功能包括生成和分析海量數(shù)據(jù)、跟蹤內(nèi)存泄漏、監(jiān)控垃圾回收器、執(zhí)行內(nèi)存和 CPU 分析，同時它還支持在 MBeans 上進行瀏覽和操作。它通過 jvmstat、JMX、SA（Serviceability Agent）以及 Attach API 等多種方式從程序運行時獲得實時數(shù)據(jù)，從而進行動態(tài)的性能分析。同時，它能自動選擇更快更輕量級的技術盡量減少性能分析對應用程序造成的影響，提高性能分析的精度。
? ? ? ?開發(fā)大型 Java 應用程序的過程中難免遇到內(nèi)存泄露、性能瓶頸等問題，比如文件、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫的連接未釋放，未優(yōu)化的算法等。隨著應用程序的持續(xù)運行，可能會造成整個系統(tǒng)運行效率下降，嚴重的則會造成系統(tǒng)崩潰。為了找出程序中隱藏的這些問題，在項目開發(fā)后期往往會使用性能分析工具來對應用程序的性能進行分析和優(yōu)化。
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三、背景知識
性能分析的主要方式
- 監(jiān)視：監(jiān)視是一種用來查看應用程序 運行時行為的一般方法。通常會有多個視圖（View）分別實時地顯示 CPU 使用情況、內(nèi)存使用情況、線程狀態(tài)以及其他一些有用的信息，以便用戶能很快地發(fā)現(xiàn)問題的關鍵所在。
- 轉(zhuǎn)儲：性能分析工具從內(nèi)存中獲得當前狀態(tài)數(shù)據(jù)并存儲到文件用于 靜態(tài)的性能分析。Java 程序是通過 在啟動 Java 程序時添加適當?shù)臈l件參數(shù)來觸發(fā)轉(zhuǎn)儲操作的。它包括以下三種：
- 系統(tǒng)轉(zhuǎn)儲：JVM 生成的本地系統(tǒng)的轉(zhuǎn)儲，又稱作核心轉(zhuǎn)儲。一般的，系統(tǒng)轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)量大，需要平臺相關的工具去分析，如 Windows 上的 windbg 和 Linux 上的 gdb。
- Java 轉(zhuǎn)儲：JVM 內(nèi)部生成的格式化后的數(shù)據(jù)，包括線程信息，類的加載信息以及堆的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通常也用于檢測死鎖。
- 堆轉(zhuǎn)儲：JVM 將所有對象的堆內(nèi)容存儲到文件。
- 快照：應用程序啟動后，性能分析工具開始收集各種運行時數(shù)據(jù)，其中一些數(shù)據(jù)直接顯示在監(jiān)視視圖中，而另外大 部分數(shù)據(jù)被保存在內(nèi)部，直到用戶要求獲取快照，基于這些保存的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息才被顯示出來。快照包含了應用程序在一段時間內(nèi)的執(zhí)行信息，通常有 CPU 快照和內(nèi)存快照兩種類型。
- CPU 快照：主要包含了應用程序中函數(shù)的調(diào)用關系及運行時間，這些信息通常可以在 CPU 快照視圖中進行查看。
- 內(nèi)存快照：主要包含了內(nèi)存的分配和使用情況、載入的所有類、存在的對象信息及對象間的引用關系等。這些信息通常可以在內(nèi)存快照視圖中進行查看。
- 性能分析：性能分析是通過收集程序運行時的執(zhí)行數(shù)據(jù)來幫助開發(fā)人員定位程序需要被優(yōu)化的部分，從而提高程序的運行速度或是內(nèi)存使用效率，主要有以下三個方面：
- CPU 性能分析：CPU 性能分析的主要目的是統(tǒng)計函數(shù)的調(diào)用情況及執(zhí)行時間，或者更簡單的情況就是統(tǒng)計應用程序的 CPU 使用情況。通常有 CPU 監(jiān)視和 CPU 快照兩種方式來顯示 CPU 性能分析結(jié)果。
- 內(nèi)存性能分析：內(nèi)存性能分析的主要目的是通過統(tǒng)計內(nèi)存使用情況檢測可能存在的內(nèi)存泄露問題及確定優(yōu)化內(nèi)存使用的方向。通常有內(nèi)存監(jiān)視和內(nèi)存快照兩種方式來顯示內(nèi)存性能分析結(jié)果。
- 線程性能分析：線程性能分析主要用于在多線程應用程序中確定內(nèi)存的問題所在。一般包括線程的狀態(tài)變化情況，死鎖情況和某個線程在線程生命期內(nèi)狀態(tài)的分布情況等。
四、安裝
自從 JDK 6 Update 7 以后已經(jīng)作為 Oracle JDK 的一部分，位于 JDK 根目錄的 bin 文件夾下，無需安裝，直接運行即可，但如果需要使用更多的插件，或者是自己開發(fā)插件，則需要安裝，后面將會講到。
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五、實踐
1、內(nèi)存分析
? ? ? ?VisualVM 通過檢測 JVM 中加載的類和對象信息等幫助我們分析內(nèi)存使用情況，我們可以通過 VisualVM 的監(jiān)視標簽和 Profiler 標簽對應用程序進行內(nèi)存分析。在監(jiān)視標簽內(nèi)，我們可以看到實時的應用程序內(nèi)存堆以及永久保留區(qū)域的使用情況。
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1）內(nèi)存堆Heap
首先我們來看內(nèi)存堆Heap使用情況，如果已將成功安裝JDK6 Update7以上的版本，并且配置了環(huán)境變量，
可以直接在命令行中使用jvisualvm.exe來啟動：
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我本機eclipse的進程在沒有啟動任何程序時在visualVM顯示如下：
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?寫了一個小程序，該程序會在內(nèi)存中不停的append字符串3億次，導致其會占用較大的內(nèi)存：
package com.wsheng.aggregator.thread.performance.visualvm;/*** @author Josh Wang(Sheng)* * @email josh_wang23@hotmail.com* */ public class HeapMemoryTest {private static final int OUTOFMEMORY = 300000000;private String oom;private int length;StringBuffer tempOOM = new StringBuffer();public HeapMemoryTest(int length) {this.length = length;int i = 0;while (i < length) {i ++;try {tempOOM.append("a");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();break;}}this.oom = tempOOM.toString();}public static void main(String[] args) throws Exception {HeapMemoryTest heapMemoryTest = new HeapMemoryTest(OUTOFMEMORY);Thread.sleep(5000);System.out.println(heapMemoryTest.getOom().length());}public String getOom() {return oom;}public void setOom(String oom) {this.oom = oom;}public int getLength() {return length;}public void setLength(int length) {this.length = length;}}?
在運行前，從VirsualVM中可以看到相應的內(nèi)存占用情況為：
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執(zhí)行上面的程序后，查看VisualVM中監(jiān)視，內(nèi)存堆的大小，堆內(nèi)存變大了，
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在程序運行結(jié)束之前， 點擊”堆Dump“按鈕， 等待一會兒，得到dump結(jié)果，可以看到一些Summary信息
點擊Classes，?發(fā)現(xiàn)char[]所占用的內(nèi)存是最大的
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?雙擊它，可能會得到如下Instances結(jié)果（不同的JDK，不同的機器配置結(jié)果很可能不同）
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?Instances是按Size由大到小排列的
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? ? ? 第一個就是最大的， 展開Field區(qū)域的 values，你會發(fā)現(xiàn)StringBuffer類型的 全局變量 tempOOM 占用內(nèi)存特別大， 注意局部變量是無法通過 堆dump來得到分析結(jié)果的。另外，對于“堆 dump”來說，在遠程監(jiān)控jvm的時候，VisualVM是沒有這個功能的，只有本地監(jiān)控的時候才有。
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2)永久保留區(qū)域PermGen
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其次來看下永久保留區(qū)域PermGen使用情況
運行一段類加載的程序，代碼如下：
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package com.wsheng.aggregator.thread.performance.visualvm;import java.io.File; import java.lang.reflect.Method; import java.net.MalformedURLException; import java.net.URL; import java.net.URLClassLoader; import java.util.ArrayList; import java.util.List;/*** @author Josh Wang(Sheng)* * @email josh_wang23@hotmail.com* */ public class PermGenTest {private static List<Object> logObjectList = new ArrayList<Object>();public static void main(String[] args) throws Exception {permLeak();}private static void permLeak() throws Exception {for (int i = 0; i < 1000; i++) {URL[] urls = getUrls();URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(urls, null);// 從指定的jar包中l(wèi)oad LogFactory并構(gòu)造一個LogFactory的對象Class<?> logfClass = Class.forName("org.apache.commons.logging.LogFactory", true, urlClassLoader);Method getLog = logfClass.getMethod("getLog", String.class);Object result = getLog.invoke(logfClass, "PermGenTest"); // String.class指定了getLog傳入String參數(shù)logObjectList.add(result);System.out.println(i + ": " + result);}}private static URL[] getUrls() throws MalformedURLException {File libDir = new File("C:/Users/wangsheng/.m2/repository/commons-logging/commons-logging/1.1.1");File[] subFiles = libDir.listFiles();int count = subFiles.length;URL[] urls = new URL[count];for (int i = 0; i < count; i++) {urls[i] = subFiles[i].toURI().toURL();}return urls;}}?
?一個類型裝載之后會創(chuàng)建一個對應的java.lang.Class實例，這個實例本身和普通對象實例一樣存儲于堆中，我覺得之所以說是這是一種特殊的實例，某種程度上是因為其充當了訪問PermGen區(qū)域中類型信息的代理者。
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運行一段時間后拋OutOfMemoryError了， VisualVM監(jiān)控結(jié)果如下：
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結(jié)論：PermGen區(qū)域分配的堆空間過小，我們可以通過設置-XX: PermSize參數(shù)和-XX:MaxPermSize參數(shù)來解決，修改eclipse.ini中的內(nèi)容或者是以jar包形式啟動時加上類似-XX: PermSize32m?-XX:MaxPermSize?512m 即：?java -jar test.jar -Xms32m -Xmx512m
關于如何設置XX:PermSize,參照文章： http://blog.csdn.net/superbeck/article/details/4799407?
和這篇文章： http://stackoverflow.com/questions/14865647/launcher-xxmaxpermsize-appears-twice-in-eclipse-ini
關于PermGen OOM深入分析請參考 這篇文章
關于Perform GC, 請參考 這篇文章
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CPU分析篇
CPU 性能分析的主要目的是統(tǒng)計函數(shù)的調(diào)用情況及執(zhí)行時間，或者更簡單的情況就是統(tǒng)計應用程序的 CPU 使用情況。
沒有程序運行時的 CPU 使用情況如下圖：
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運行一段 占用CPU 的小程序，代碼如下
package com.wsheng.aggregator.thread.performance.visualvm;/*** @author Josh Wang(Sheng)* * @email josh_wang23@hotmail.com* */ public class MemoryCPUTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {cpuFix();}private static void cpuFix() throws InterruptedException {// 80%的占有率int busyTime = 8;// 20%的占有率int idelTime = 2;// 開始時間long startTime = 0;while (true) {startTime = System.currentTimeMillis();// 運行時間while (System.currentTimeMillis() - startTime < busyTime) {;}// 休息時間Thread.sleep(idelTime);}}}?
查看監(jiān)視頁面"監(jiān)視“
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過高的 CPU 使用率可能是由于我們的項目中存在低效的代碼；
在我們對程序施壓的時候，過低的 CPU 使用率也有可能是程序的問題。
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點擊抽樣器， 點擊“CPU”按鈕， 啟動CPU性能分析會話，VisualVM 會檢測應用程序所有的被調(diào)用的方法，
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在CPU樣例tab 下可以看到我們的方法cpufix() 的自用時間最長， 如下圖：
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切換到線程CPU時間頁面下，我們得main方法這個線程所占用的CPU時間最長，如下圖：
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線程分析篇
Java 語言能夠很好的實現(xiàn)多線程應用程序。當我們對一個多線程應用程序進行調(diào)試或者開發(fā)后期做性能調(diào)優(yōu)的時候，往往需要了解當前程序中所有線程的運行狀態(tài)，是否有死鎖、熱鎖等情況的發(fā)生，從而分析系統(tǒng)可能存在的問題。
在 VisualVM 的監(jiān)視標簽內(nèi)，我們可以查看當前應用程序中所有活動線程（Live threads）和守護線程（Daemon threads）的數(shù)量等實時信息。
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?運行一段小程序，代碼如下：
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package com.wsheng.aggregator.thread.performance.visualvm;/*** @author Josh Wang(Sheng)* * @email josh_wang23@hotmail.com* */ public class BasicThreadTest extends Thread {public static void main(String[] args) {BasicThreadTest b1 = new BasicThreadTest("Thread a");BasicThreadTest b2 = new BasicThreadTest("Thread b");b1.setName("BasicThreadTest-1");b2.setName("BasicThreadTest-2");b1.start();b2.start();}public BasicThreadTest(String name) {}@Overridepublic void run() {while (true) {}}}?
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?從下面的截圖中可以看到，實時線程(Live Threads)和守護線程(Daemon Threads)都增加了。
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VisualVM 的線程標簽提供了三種視圖，默認會以時間線的方式展現(xiàn)， 如下圖：
可以看到兩個我們run的程序里啟的線程：BasicThreadTest-1 和 BasicThread-2
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寫一段簡單的死鎖程序，看看VisualVM能否檢測出來
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package com.wsheng.aggregator.thread.performance.visualvm;/*** @author Josh Wang(Sheng)* * @email josh_wang23@hotmail.com* */ public class VisualVMDeadLock {public static void main(String[] args) {VisualVMDeadLock lock = new VisualVMDeadLock();Resource r1 = lock.new Resource();Resource r2 = lock.new Resource();Thread lockThread1 = lock.new LockThread1(r1, r2);Thread lockThread2 = lock.new LockThread2(r1, r2);lockThread1.setName("DeadLock-1");lockThread2.setName("DeadLock-2");lockThread1.start();lockThread2.start();}class Resource {private int i;public int getI() {return i;}public void setI(int i) {this.i = i;}}class LockThread1 extends Thread {private Resource r1, r2;public LockThread1(Resource r1, Resource r2) {this.r1 = r1;this.r2 = r2;}@Overridepublic void run() {int j = 0;while (true) {synchronized (r1) {System.out.println("The first thread got r1's lock " + j);synchronized (r2) {System.out.println("The first thread got r2's lock " + j);}}j++;}}}class LockThread2 extends Thread {private Resource r1, r2;public LockThread2(Resource r1, Resource r2) {this.r1 = r1;this.r2 = r2;}@Overridepublic void run() {int j = 0;while (true) {synchronized (r2) {System.out.println("The second thread got r2's lock " + j);synchronized (r1) {System.out.println("The second thread got r1's lock " + j);}}j ++;}}}}?
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打開相應的線程Tab，我們可以看到這個tab在閃，VisualVM已經(jīng)檢測到我這個package下面的VisualVMDeadLock類出錯了，”檢測到死鎖“
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點擊”線程Dump按鈕“，可以看到死鎖的詳細信息：
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?http://itindex.net/detail/54099-jvm-%E6%80%A7%E8%83%BD%E8%B0%83%E4%BC%98-%E5%B7%A5%E5%85%B7
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http://www.codeweblog.com/%E6%80%A7%E8%83%BD%E8%B0%83%E4%BC%98%E5%92%8C%E5%8E%8B%E6%B5%8B%E7%9C%8B%E6%87%82jvisualvm/
轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/xiaominmin/blog/1597242
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的JVM性能调优监控工具专题二：VisualVM基本篇之监控JVM内存，CPU，线程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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