6、虚拟机性能监控与故障处理工具(1)（JVM笔记）

2017-04-23  本文已影响70人  yjaal

一、JDK的命令行工具

所有的命令行工具都在bin目录中。Sun JDK监控和故障处理工具如下：

名称 主要作用
jps JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程
jstat JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据
jinfo Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息
jmap Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（headdump文件）
jhat JVM Heap Dump Browser，用于分析headdump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 Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照

1.1 jps：虚拟机进程状况工具

此工具可以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（Local Virtual Machine Identifier，LVMID）。其他的JDK工具大多需要输入它查询到的LVMID来确定要监控的是哪一个虚拟机进程。对于本地虚拟机进程来说，LVMID与操作系统的进程ID（Process Identifier，PID）是一致的，使用windows的任务管理器或UNIX的ps命令也可以查询到虚拟机进程的LVMID，但如果同时启动了多个虚拟机进程，无法根据进程名称定位时，那就只能依赖此命令显示主类的功能才能区分了。命令格式如下：

jps [ options ] [ hostid ]

其主要选项如下：

选项 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JVM参数

1.2 jstat：虚拟机统计信息监视工具

此工具用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示本地或者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。其命令格式为：

jstat [ option  vmid [ interval [ s|ms ] [ count ] ] ]

说明：如果是本地虚拟机进程，VMID与LVMID是一致的，如果是远程虚拟机进程，那VMID的格式应当是：

[ protocol: ][ // ] lvmid [ @hostname [ :port ] / servername ]

其中interval和count代表查询间隔和次数，如果省略这两个参数，说明只查询一次。假设需要250ms查询一次进程2764垃圾收集状况，一共查询20次，那命令应该是：

jstat -gc 2764 250 20

选项option代表着用户希望查询的虚拟机信息，主要分为三类：类装载、垃圾收集、运行期编译状况，具体选项及作用如下：

选项 作用
-class 监视类装载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费的时间
-gc 监视Java堆状况，包括Eden区、两个survivor区、老年代、永久代等的容量、已用空间、GC时间合计等信息
-gccapacity 监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注Java堆各个区域使用到的最大、最小空间
-gcutil 监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比
-gccause 与-gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次GC产生的原因
-gcnew 监视新生代GC状况
-gcnewcapacity 监视内容与-gcnew基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间
-gcold 监视老年代GC状况
-gcoldcapactiy 监视内容与-gcold基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间
-gcpermcapacity 输出永久代使用到的最大、最小空间
-compiler 输出JIT编译器编译过的方法、耗时等信息
-printcompilation 输出已经被JIT编译的方法

下面通过一个例子简单了解一下：

1
说明：这台服务器的新生代Eden区（E，表示Eden）使用了6.2%的空间，两个survivor区（S0、S1，表示survivor0、survivor1）里面都是空的，老年代（O，表示Old）和永久代（P，表示Permanent）则分别使用了41.42%和47.20%的空间。程序运行以来共发生Minor GC（YGC，表示Young GC）16次，总耗时0.105s，发生Full GC（FGC，表示Full GC）三次，Full GC总耗时（FGCT，表示Full GC Time）为0.472s，所有GC总耗时（GCT，表示GC Time）为0.577s。

1.3 jinfo：Java配置信息工具

此工具是实时地查看和调整虚拟机各项参数。使用jps命令的-v参数可以查看虚拟机启动时显式指定的参数列表，但如果想知道未被显式指定的参数的系统默认值，除了去找资料外，就只能使用jinfo的-flag选项进行查询了（如果只限于JDK1.6或以上版本，则使用java -XX:+PrintFlagsFinal查看参数默认值也是一个很好的选择），jinfo还可以使用-sysprops选项把虚拟机进程的Sytem.getProperties()的内容打印出来，还有在运行期修改参数的能力，可以使用-flag[+|-] name或-flag name=value修改一部分运行期可写的虚拟机参数值。在windows中有较大限制，只提供了最基本的-flag选项。其命令格式如下：

jinfo [ option ] pid

1.4 jmap：Java内存映像工具

此命令用于生成堆转储快照（一般称为headdump或dump文件）。如果不实用此命令，要想获取Java堆转储快照，可以使用之前提到的暴力手段，即使用-XX:+HeadDumpOnOutOfMemoryError参数，可以让虚拟机在OOM异常出现之后自动生成dump文件，通过-XX:+HeadDumpOnCtrlBreak参数则可以使用[Ctrl]+[Break]键让虚拟机生成dump文件，又或者在Linux中使用Kill -3命令拿到dump文件。当然，此命令的作用不仅仅是为了获取dump文件，它还可以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。其功能在windows中受限，除了生成dump文件的-dump选项和用于查看每个类的实例、空间占用统计的-histo选项在所有操作系统都提供之外，其余选项都智能在Linux/Solaris下使用。其命令格式：

jmap [ option ] vmid

主要选项如下：

选项 作用
-dump 生成Java堆转储快照。格式为：-dump:[live, ]format=b, file=<filename>, 其中live子参数说明是否只dump出存活的对象
-finalizerinfo 显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalizer方法的对象。只在Linux/Solaris平台有效
-heap 显示Java堆详细信息，如使用哪种回收期、参数配置、分代状况等。只在Linux/Solaris平台有效
-histo 显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量
-permstat 以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态。只在Linux/Solaris平台有效
-F 当虚拟机进程对-dump选项没有响应时，可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux/Solaris平台有效

例如：（3500是LVMID）

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1.5 jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

此命令和jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照。其内置一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump文件的分析结果后，可以在浏览器中查看。一般不会使用此命令来分析dump文件，因为一是一般不会在部署应用的服务器上直接分析dump文件（太耗资源），而是此工具功能相对较为简陋，可以使用后面讲到的VisualVM工具替代。

1.6 jstack：Java堆栈跟踪工具

此命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照（一般称为threaddump或者javacore文件）。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等都是导致线程长时间停顿的常见原因。线程出现停顿的时候通过此命令来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么，或等待什么资源。其格式为：

jstack [ option ] vmid

主要选项如下：

选项 作用
-F 当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈
-l 除堆栈外，显示关于锁的附加信息
-m 如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈

在JDK1.5中，java.lang.Thread类新增了一个getAllStackTraces()方法用于获取虚拟机中所有线程的StackTraceElement对象。使用此方法通过几行简单的代码就可以完成jstack的大部分功能，在实际项目中不妨调用此方法做个管理员页面，随时查看线程堆栈。


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1.7 HSDIS：JIT生成代码反汇编

随着技术的发展，高性能虚拟机真正的细节实现方式逐渐成了虚拟机实现的“概念模型”——即实现智能保证规范描述等效。基于此原因，在分析程序的执行语义问题（虚拟机做了什么）时，在字节码层面上分析完全可行，但分析程序的执行行为问题（虚拟机是怎样做的、性能如何）时，在字节码层面上分析居没有什么意义了，需要通过其他方式解决。

HSDIS是官方对剑的HotSpot虚拟机JIT编译代码的反汇编插件，它包含在HotSpot虚拟机的源码之中，但没有提供编译后的程序。其作用是让HotSpot的-XX:+PrintAssembly指令调用它来把动态生成的本地代码还原为汇编输出，同时还生成大量非常有价值的注释，这样我们就可以通过输出的代码来分析问题。注意，如果使用的Debug或FastDebug版的HotSpot，那可以直接通过-XX:+PrintAssembly指令使用插件；如果使用的是Product版的HotSpot，那还要额外加入一个-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions参数。

例如：测试代码

public class Bar{
  int a = 1;
  static int b = 2;
  
  public int sum(int c ){
    return a + b + c;
  }

  public static void main(String[] args){
    new Bar().sum(3);
  }
}

编译：

java -XX+:PrintAssembly -Xcomp -XX:CompileCommand=dontinline, *Bar.sum -XX:CompileCommand=Compileonly, *Bar.sum test.Bar

其中-Xcomp是让虚拟机以编译模式执行代码，这样就不需要执行足够次数来预热就能触发JIT编译（-Xcomp在新版本HotSpot已被移除）。两个-XX:CompileCommand是让编译器不要内联sum()并且只编译sum()，-XX+:PrintAssembly就是输出反汇编内容。如果一切顺利会得到如下代码：

[Disassembling for mach='i386']
[Entry Point]
[Constants]
  # {method} 'sum' '(I)I' in 'test/Bar'
  # this:     ecx       = 'test/Bar'
  # parm0:    edx       = int
  #           [sp+0x20]  (sp of caller)
  ……
  0x01cac407: cmp    0x4(%ecx),%eax
  0x01cac40a: jne    0x01c6b050         ;   {runtime_call}
[Verified Entry Point]
  0x01cac410: mov    %eax,-0x8000(%esp)
  0x01cac417: push   %ebp
  0x01cac418: sub    $0x18,%esp         ;*aload_0
                                        ; - test.Bar::sum@0 (line  8)
  ;;  block B0 [0, 10]

  0x01cac41b: mov    0x8(%ecx),%eax     ;*getfield a
                                        ; - test.Bar::sum@1 (line 8)
  0x01cac41e: mov    $0x3d2fad8,%esi    ;   {oop(a 
'java/lang/Class' = 'test/Bar')}
  0x01cac423: mov    0x68(%esi),%esi    ;*getstatic b
                                        ; - test.Bar::sum@4 (line 8)
  0x01cac426: add    %esi,%eax
  0x01cac428: add    %edx,%eax
  0x01cac42a: add    $0x18,%esp
  0x01cac42d: pop    %ebp
  0x01cac42e: test   %eax,0x2b0100      ;   {poll_return}
  0x01cac434: ret

说明：

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