JVM系列(七) – JVM線上監控工具

零壹技術棧發表於2019-03-01
JVM

前言

通過上一篇的 JVM 垃圾回收知識，我們瞭解了 JVM 具體的 垃圾回收演算法 和幾種 垃圾回收器。理論是指導實踐的工具，有了理論指導，定位問題的時候，知識和經驗是關鍵基礎，資料可以為我們提供依據。

線上上我們經常會遇見如下幾個問題：

  • 記憶體洩露；
  • 某個程式突然 CPU 飆升；
  • 執行緒死鎖；
  • 響應變慢。

如果遇到了以上這種問題，在 線下環境 可以有各種 視覺化的本地工具 支援檢視。但是一旦到 線上環境，就沒有這麼多的 本地除錯工具 支援，我們該如何基於 監控工具 來進行定位問題？

我們一般會基於 資料收集 來定位問題，而資料的收集離不開 監控工具 的處理，比如：執行日誌、異常堆疊、GC 日誌、執行緒快照、堆記憶體快照 等。為了解決以上問題，我們常用的 JVM 效能調優監控工具 大致有：jps、jstat、jstack、jmap、jhat、hprof、jinfo。

正文

如果想要檢視 Java 程式中 執行緒堆疊 的資訊，可以選擇 jstack 命令。如果要檢視 堆記憶體，可以使用 jmap 匯出並使用 jhat 來進行分析，包括檢視 類的載入資訊，GC 演算法，物件 的使用情況等。可以使用 jstat 來對 JVM 進行 統計監測，包括檢視各個 區記憶體 和 GC 的情況，還可以使用 hprof 檢視 CPU 使用率，統計 堆記憶體 使用情況。下面會詳細的介紹這幾個工具的用法。

JVM常見監控工具 & 指令

1. jps程式監控工具

jps 是用於檢視有權訪問的 hotspot 虛擬機器 的程式。當未指定 hostid 時，預設檢視 本機 jvm 程式，否則檢視指定的 hostid 機器上的 jvm 程式，此時 hostid 所指機器必須開啟 jstatd 服務。

jps 可以列出 jvm 程式 lvmid，主類類名，main 函式引數, jvm 引數，jar 名稱等資訊。

命令格式如下：

usage: jps [-help]
       jps [-q] [-mlvV] [<hostid>]

Definitions:
    <hostid>:      <hostname>[:<port>]
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引數含義如下：

  • -q: 不輸出 類名稱、Jar 名稱 和傳入 main 方法的 引數；
  • -l: 輸出 main 類或 Jar 的 全限定名稱；
  • -m: 輸出傳入 main 方法的 引數；
  • -v: 輸出傳入 JVM 的引數。

2. jinfo配置資訊檢視工具

jinfo（JVM Configuration info）這個命令作用是實時檢視和調整 虛擬機器執行引數。之前的 jps -v 命令只能檢視到顯示 指定的引數，如果想要檢視 未顯示 的引數的值就要使用 jinfo 命令。

Usage:
    jinfo [option] <pid>
        (to connect to running process)
    jinfo [option] <executable <core>
        (to connect to a core file)
    jinfo [option] [server_id@]<remote server IP or hostname>
        (to connect to remote debug server)

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引數含義如下：

  • pid：本地 jvm 服務的程式 ID；
  • executable core：列印 堆疊跟蹤 的核心檔案；
  • remote server IP/hostname：遠端 debug 服務的 主機名 或 IP 地址；
  • server id：遠端 debug 服務的 程式 ID。

引數選項說明如下：

引數 引數含義
flag 輸出指定 args 引數的值
flags 不需要 args 引數，輸出所有 JVM 引數的值
sysprops 輸出系統屬性，等同於 System.getProperties()
  • 檢視正在執行的 jvm 程式的 擴充套件引數。
$ jinfo -flags 31983 
Attaching to process ID 31983, please wait… 
Debugger attached successfully. 
Server compiler detected. 
JVM version is 25.91-b14 
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=3 -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapFreeRatio=90 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=2097152 -XX:MinHeapDeltaBytes=524288 -XX:NewSize=2097152 -XX:OldSize=18874368 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps -XX:+UseParallelGC 
Command line: -Xmx20m -Xms20m -Xmn2m -javaagent:/opt/idea-IU-181.4668.68/lib/idea_rt.jar=34989:/opt/idea-IU-181.4668.68/bin -Dfile.encoding=UTF-8
複製程式碼
  • 檢視正在執行的 jvm 程式的所有 引數資訊。
$ jinfo 31983
Attaching to process ID 31983, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.91-b14
Java System Properties:

java.runtime.name = Java(TM) SE Runtime Environment
java.vm.version = 25.91-b14
sun.boot.library.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/amd64
java.vendor.url = http://java.oracle.com/
java.vm.vendor = Oracle Corporation
path.separator = :
file.encoding.pkg = sun.io
java.vm.name = Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM
sun.os.patch.level = unknown
sun.java.launcher = SUN_STANDARD
user.country = CN
user.dir = /home/linchen/projects
java.vm.specification.name = Java Virtual Machine Specification
java.runtime.version = 1.8.0_91-b14
java.awt.graphicsenv = sun.awt.X11GraphicsEnvironment
os.arch = amd64
java.endorsed.dirs = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/endorsed
java.io.tmpdir = /tmp
line.separator = 

java.vm.specification.vendor = Oracle Corporation
os.name = Linux
sun.jnu.encoding = UTF-8
java.library.path = /usr/java/packages/lib/amd64:/usr/lib64:/lib64:/lib:/usr/lib
java.specification.name = Java Platform API Specification
java.class.version = 52.0
sun.management.compiler = HotSpot 64-Bit Tiered Compilers
os.version = 4.15.0-24-generic
user.home = /home/linchen
user.timezone = 
java.awt.printerjob = sun.print.PSPrinterJob
file.encoding = UTF-8
java.specification.version = 1.8
user.name = linchen
java.class.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/charsets.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/deploy.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/cldrdata.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/dnsns.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/jaccess.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/jfxrt.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/localedata.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/nashorn.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/sunec.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/zipfs.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/javaws.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jce.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jfr.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jfxswt.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jsse.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/management-agent.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/plugin.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/resources.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/rt.jar:/home/linchen/IdeaProjects/core_java/target/classes:/home/linchen/.m2/repository/io/netty/netty-all/4.1.7.Final/netty-all-4.1.7.Final.jar:/home/linchen/.m2/repository/junit/junit/4.12/junit-4.12.jar:/home/linchen/.m2/repository/org/hamcrest/hamcrest-core/1.3/hamcrest-core-1.3.jar:/home/linchen/.m2/repository/com/lmax/disruptor/3.3.0/disruptor-3.3.0.jar:/home/linchen/.m2/repository/com/rabbitmq/amqp-client/5.3.0/amqp-client-5.3.0.jar:/home/linchen/.m2/repository/org/slf4j/slf4j-api/1.7.25/slf4j-api-1.7.25.jar:/opt/idea-IU-181.4668.68/lib/idea_rt.jar
java.vm.specification.version = 1.8
sun.arch.data.model = 64
sun.java.command = com.own.learn.jvm.JinfoTest
java.home = /opt/jdk1.8.0_91/jre
user.language = zh
java.specification.vendor = Oracle Corporation
awt.toolkit = sun.awt.X11.XToolkit
java.vm.info = mixed mode
java.version = 1.8.0_91
java.ext.dirs = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext:/usr/java/packages/lib/ext
sun.boot.class.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/resources.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/rt.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/sunrsasign.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jsse.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jce.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/charsets.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jfr.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/classes
java.vendor = Oracle Corporation
file.separator = /
java.vendor.url.bug = http://bugreport.sun.com/bugreport/
sun.io.unicode.encoding = UnicodeLittle
sun.cpu.endian = little
sun.desktop = gnome
sun.cpu.isalist = 

VM Flags:
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=3 -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapFreeRatio=90 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=2097152 -XX:MinHeapDeltaBytes=524288 -XX:NewSize=2097152 -XX:OldSize=18874368 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps -XX:+UseParallelGC 
Command line:  -Xmx20m -Xms20m -Xmn2m -javaagent:/opt/idea-IU-181.4668.68/lib/idea_rt.jar=34989:/opt/idea-IU-181.4668.68/bin -Dfile.encoding=UTF-8
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  • 檢視正在執行的 jvm 程式的 環境變數資訊。
$ jinfo -sysprops 31983 
Attaching to process ID 31983, please wait… 
Debugger attached successfully. 
Server compiler detected. 
JVM version is 25.91-b14 
java.runtime.name = Java(TM) SE Runtime Environment 
java.vm.version = 25.91-b14 
sun.boot.library.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/amd64 
java.vendor.url = http://java.oracle.com/ 
java.vm.vendor = Oracle Corporation 
path.separator = : 
file.encoding.pkg = sun.io 
java.vm.name = Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 
sun.os.patch.level = unknown 
sun.java.launcher = SUN_STANDARD 
user.country = CN 
user.dir = /home/linchen/projects 
java.vm.specification.name = Java Virtual Machine Specification 
java.runtime.version = 1.8.0_91-b14 
java.awt.graphicsenv = sun.awt.X11GraphicsEnvironment 
os.arch = amd64 
java.endorsed.dirs = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/endorsed 
java.io.tmpdir = /tmp 
line.separator =
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2. jstat資訊統計監控工具

jstat 是用於識別 虛擬機器 各種 執行狀態資訊 的命令列工具。它可以顯示 本地 或者 遠端虛擬機器 程式中的 類裝載、記憶體、垃圾收集、jit 編譯 等執行資料，它是 線上 定位 jvm 效能 的首選工具。

jstat 工具提供如下的 jvm 監控功能：

  1. 類的載入 及 解除安裝 的情況；
  2. 檢視 新生代、老生代 及 元空間（MetaSpace）的 容量 及使用情況；
  3. 檢視 新生代、老生代 及 元空間（MetaSpace）的 垃圾回收情況，包括垃圾回收的 次數，垃圾回收所佔用的 時間；
  4. 檢視 新生代 中 Eden 區及 Survior 區中 容量 及 分配情況 等。

命令格式如下：

Usage: jstat -help|-options
       jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]
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引數含義如下:

  • option: 引數選項。
    • -t: 可以在列印的列加上 timestamp 列，用於顯示系統執行的時間。
    • -h: 可以在 週期性資料 的時候，可以在指定輸出多少行以後輸出一次 表頭。
  • vmid: Virtual Machine ID（程式的 pid）。
  • lines: 表頭 與 表頭 的間隔行數。
  • interval: 執行每次的 間隔時間，單位為 毫秒。
  • count: 用於指定輸出記錄的 次數，預設則會一直列印。

引數選項說明如下：

  • class: 顯示 類載入 ClassLoad 的相關資訊；
  • compiler: 顯示 JIT 編譯 的相關資訊；
  • gc: 顯示和 gc 相關的 堆資訊；
  • gccapacity: 顯示 各個代 的 容量 以及 使用情況；
  • gcmetacapacity: 顯示 元空間 metaspace 的大小；
  • gcnew: 顯示 新生代 資訊；
  • gcnewcapacity: 顯示 新生代大小 和 使用情況；
  • gcold: 顯示 老年代 和 永久代 的資訊；
  • gcoldcapacity: 顯示 老年代 的大小；
  • gcutil: 顯示 垃圾回收資訊；
  • gccause: 顯示 垃圾回收 的相關資訊（同 -gcutil），同時顯示 最後一次 或 當前 正在發生的垃圾回收的 誘因；
  • printcompilation: 輸出 JIT 編譯 的方法資訊；

2.1. class

顯示和監視 類裝載、解除安裝數量、總空間 以及 耗費的時間。

$ jstat -class 8615
Loaded  Bytes     Unloaded  Bytes      Time
  7271 13325.8        1      0.9       2.98
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引數列表及含義如下：

引數 引數含義
Loaded 已經裝載的類的數量
Bytes 裝載類所佔用的位元組數
Unloaded 已經解除安裝類的數量
Bytes 解除安裝類的位元組數
Time 裝載和解除安裝類所花費的時間

2.2. compiler

顯示虛擬機器 實時編譯（JIT）的 次數 和 耗時 等資訊。

$ jstat -compiler 8615
Compiled   Failed  Invalid  Time     FailedType   FailedMethod
  3886        0       0     1.29          0
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引數列表及含義如下：

引數 引數含義
Compiled 編譯任務執行數量
Failed 編譯任務執行失敗數量
Invalid 編譯任務執行失效數量
Time 編譯任務消耗時間
FailedType 最後一個編譯失敗任務的型別
FailedMethod 最後一個編譯失敗任務所在的類及方法

2.3. gc

顯示 垃圾回收（gc）相關的 堆資訊，檢視 gc 的 次數 及 時間。

$ jstat -gc 8615
 S0C      S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262128.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
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比如下面輸出的是 GC 資訊，取樣 時間間隔 為 250ms，取樣數為 4：

$ jstat -gc 8615 250 4
 S0C      S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262144.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262872.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262720.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262446.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
複製程式碼

引數列表及含義如下：

引數 引數含義
S0C 年輕代中第一個 survivor 的容量
S1C 年輕代中第二個 survivor 的容量
S0U 年輕代中第一個 survivor 目前已使用空間
S1U 年輕代中第二個 survivor 目前已使用空間
EC 年輕代中 Eden 的容量
EU 年輕代中 Eden 目前已使用空間
OC 老年代的容量
OU 老年代目前已使用空間
MC 元空間 metaspace 的容量
MU 元空間 metaspace 目前已使用空間
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 次數
YGCT 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 所用時間
FGC 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中 gc 次數
FGCT 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中 gc 所用時間
GCT 從應用程式啟動到取樣時 gc 用的 總時間

2.4. gccapacity

顯示 虛擬機器記憶體 中三代 年輕代（young)，老年代（old），元空間（metaspace）物件的使用和佔用大小。

$ jstat -gccapacity 8615
 NGCMN     NGCMX     NGC      S0C     S1C      EC       OGCMN      OGCMX       OGC        OC         MCMN   MCMX       MC        CCSMN  CCSMX     CCSC      YGC    FGC 
 87040.0 1397760.0 372736.0 20480.0 10752.0 262144.0   175104.0  2796544.0   165376.0   165376.0      0.0 1079296.0  35456.0      0.0 1048576.0   4992.0      5     2
複製程式碼

引數列表及含義如下：

引數 引數含義
NGCMN 年輕代的 初始化（最小）容量
NGCMX 年輕代的 最大容量
NGC 年輕代 當前的容量
S0C 年輕代中 第一個 survivor 區的容量
S1C 年輕代中 第二個 survivor 區的容量
EC 年輕代中 Eden（伊甸園）的容量
OGCMN 老年代中 初始化（最小）容量
OGCMX 老年代的 最大容量
OGC 老年代 當前新生成 的容量
OC 老年代的容量大小
MCMN 元空間 的 初始化容量
MCMX 元空間 的 最大容量
MC 元空間 當前 新生成 的容量
CCSMN 最小 壓縮類空間大小
CCSMX 最大 壓縮類空間大小
CCSC 當前 壓縮類空間大小
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中的 gc 次數
FGC 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中的 gc 次數

2.5. gcmetacapacity

顯示 元空間（metaspace）中 物件 的資訊及其佔用量。

$ jstat -gcmetacapacity 8615
MCMN       MCMX        MC       CCSMN      CCSMX       CCSC     YGC   FGC    FGCT     GCT   
0.0      1079296.0   35456.0     0.0     1048576.0    4992.0     5     2    0.075    0.131
複製程式碼

引數列表及含義如下：

引數 引數含義
MCMN 最小 後設資料空間容量
MCMX 最大 後設資料空間容量
MC 當前 後設資料空間容量
CCSMN 最小壓縮 類空間容量
CCSMX 最大壓縮 類空間容量
CCSC 當前 壓縮類空間容量
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 次數
FGC 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中 gc 次數
FGCT 從應用程式啟動到取樣時 老年代 gc 所用時間
GCT 從應用程式啟動到取樣時 gc 用的 總時間

2.6. gcnew

顯示 年輕代物件 的相關資訊，包括兩個 survivor 區和 一個 Eden 區。

$ jstat -gcnew 8615
 S0C      S1C      S0U    S1U TTv MTT  DSS      EC       EU       YGC     YGCT  
20480.0 10752.0    0.0    0.0  6  15 20480.0 262144.0 131406.0      5    0.056
複製程式碼

引數列表及含義如下：

引數 引數含義
S0C 年輕代中第一個 survivor 的容量
S1C 年輕代中第二個 survivor 的容量
S0U 年輕代中第一個 survivor 目前已使用空間
S1U 年輕代中第二個 survivor 目前已使用空間
TT 持有次數限制
MTT 最大持有次數限制
DSS 期望的 倖存區 大小
EC 年輕代中 Eden 的容量
EU 年輕代中 Eden 目前已使用空間
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 次數
YGCT 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 所用時間

2.7. gcnewcapacity

檢視 年輕代 物件的資訊及其佔用量。

$ jstat -gcnewcapacity 8615
  NGCMN      NGCMX       NGC      S0CMX     S0C     S1CMX     S1C       ECMX        EC      YGC   FGC 
 87040.0   1397760.0   372736.0  465920.0  20480.0 465920.0  10752.0  1396736.0   262144.0   5     2
複製程式碼

引數列表及含義如下：

引數 引數含義
NGCMN 年輕代中初始化(最小)的大小
NGCMX 年輕代的最大容量
NGC 年輕代中當前的容量
S0CMX 年輕代中第一個 survivor 的最大容量
S0C 年輕代中第一個 survivor的容量
S1CMX 年輕代中第二個 survivor 的最大容量
S1C 年輕代中第二個 survivor 的容量
ECMX 年輕代中 Eden 的最大容量
EC 年輕代中 Eden 的容量
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 次數
FGC 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中 gc 次數

2.8. gcold

顯示 老年代物件 的相關資訊。

$ jstat -gcold 8615
   MC       MU      CCSC     CCSU       OC          OU       YGC    FGC    FGCT     GCT   
 35456.0  33931.0   4992.0   4582.0    165376.0     24093.7      5     2    0.075    0.131
複製程式碼

引數列表及含義如下：

引數 引數含義
MC 元空間（metaspace）的容量
MU 元空間（metaspace）目前已使用空間
CCSC 壓縮類空間大小
CCSU 壓縮類空間 使用 大小
OC 老年代 的容量
OU 老年代 目前已使用空間
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 次數
FGC 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中 gc 次數
FGCT 從應用程式啟動到取樣時 老年代 gc 所用時間
GCT 從應用程式啟動到取樣時 gc 用的 總時間

2.9. gcoldcapacity

檢視 老年代 物件的資訊及其佔用量。

$ jstat -gcoldcapacity 8615
   OGCMN       OGCMX        OGC         OC        YGC   FGC    FGCT     GCT   
  175104.0   2796544.0    165376.0    165376.0     5     2    0.075    0.131
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引數列表及含義如下：

引數 引數含義
OGCMN 老年代 中初始化(最小)的大小
OGCMX 老年代 的最大容量
OGC 老年代 當前新生成的容量
OC 老年代 的容量
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 的次數
FGC 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中 gc 的次數
FGCT 從應用程式啟動到取樣時 老年代 中 gc 所用時間
GCT 從應用程式啟動到取樣時 gc 用的 總時間

2.10. gcutil

顯示 垃圾回收（gc）過程中的資訊，包括各個 記憶體的使用佔比，垃圾回收 時間 和回收 次數。

$ jstat -gcutil 8615
   S0     S1     E      O      M     CCS     YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
  0.00   0.00  50.13  14.57  95.70  91.79      5    0.056     2    0.075    0.131
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引數列表及含義如下：

引數 引數含義
S0 年輕代中 第一個 survivor 區 已使用 的佔當前容量百分比
S1 年輕代中 第二個 survivor 區 已使用 的佔當前容量百分比
E 年輕代中 Eden 區 已使用 的佔當前容量百分比
O 老年代 中 已使用 的佔當前容量百分比
M 元空間（metaspace）中 已使用 的佔當前容量百分比
YGC 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 次數
YGCT 從應用程式啟動到取樣時 年輕代 中 gc 所用時間
FGC 從應用程式啟動到取樣時 老年代 gc 次數
FGCT 從應用程式啟動到取樣時 老年代 gc 所用時間
GCT 從應用程式啟動到取樣時 gc 用的 總時間

3. jmap堆記憶體統計工具

jmap (JVM Memory Map) 命令用來檢視 堆記憶體 使用狀況，一般結合 jhat 使用，用於生成 heap dump 檔案。jmap 不僅能生成 dump 檔案，還可以查詢 finalize 執行佇列、Java 堆 和 元空間 metaspace 的詳細資訊，如當前 使用率、當前使用的是哪種 收集器 等等。

如果不使用這個命令，還可以使用 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 引數來讓虛擬機器出現 OOM 的時候，自動生成 dump 檔案。

命令格式如下：

Usage:
    jmap [option] <pid>
        (to connect to running process)
    jmap [option] <executable <core>
        (to connect to a core file)
    jmap [option] [server_id@]<remote server IP or hostname>
        (to connect to remote debug server)
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引數含義如下：

  • pid：本地 jvm 服務的程式 ID；
  • executable core：列印 堆疊跟蹤 的核心檔案；
  • remote server IP/hostname：遠端 debug 服務的 主機名 或 IP 地址；
  • server id：遠端 debug 服務的 程式 ID。

引數選項說明如下：

引數 引數含義
heap 顯示 堆 中的摘要資訊
histo 顯示 堆 中物件的統計資訊
histo[:live] 只顯示 堆 中 存活物件 的統計資訊
clstats 顯示 類載入 的統計資訊
finalizerinfo 顯示在 F-Queue 佇列 等待 Finalizer 執行緒執行 finalizer 方法的物件
dump 匯出記憶體轉儲快照

注意：dump 記憶體快照分析基本上包含了 histo、clstats、finalizerinfo 等功能。

3.1. heap

顯示 堆 中的摘要資訊。包括 堆記憶體 的使用情況，正在使用的 GC 演算法、堆配置引數 和 各代中堆記憶體 使用情況。可以用此來判斷記憶體目前的 使用情況 以及 垃圾回收 情況。

$ jmap -heap 11368
Attaching to process ID 11368, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.101-b13

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 2 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 2684354560 (2560.0MB)
   NewSize                  = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxNewSize               = 1073741824 (1024.0MB)
   OldSize                  = 1610612736 (1536.0MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 852492288 (813.0MB)
   used     = 420427144 (400.95056915283203MB)
   free     = 432065144 (412.04943084716797MB)
   49.31741317993014% used
From Space:
   capacity = 113770496 (108.5MB)
   used     = 2299712 (2.19317626953125MB)
   free     = 111470784 (106.30682373046875MB)
   2.021360617079493% used
To Space:
   capacity = 107479040 (102.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 107479040 (102.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 1610612736 (1536.0MB)
   used     = 50883368 (48.526161193847656MB)
   free     = 1559729368 (1487.4738388061523MB)
   3.1592552860577903% used

27595 interned Strings occupying 3138384 bytes.
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這裡主要對 heap configuration 的引數列表說明一下：

引數 對應啟動引數 引數含義
MinHeapFreeRatio -XX:MinHeapFreeRatio JVM堆最小空閒比率(default 40)
MaxHeapFreeRatio -XX:MaxHeapFreeRatio JVM堆最大空閒比率(default 70)
MaxHeapSize XX:Xmx JVM堆的最大大小
NewSize -XX:NewSize JVM堆新生代的預設（初始化）大小
MaxNewSize -XX:MaxNewSize JVM堆新生代的最大大小
OldSize -XX:OldSize JVM堆老年代的預設（初始化）大小
NewRatio -XX:NewRatio JVM堆新生代和老年代的大小比例
SurvivorRatio -XX:SurvivorRatio JVM堆年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值
MetaspaceSize -XX:MetaspaceSize JVM元空間（metaspace）初始化大小
MaxMetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize JVM元空間（metaspace）最大大小
CompressedClass SpaceSize -XX:CompressedClass SpaceSize JVM類指標壓縮空間大小, 預設為1G
G1HeapRegionSize -XX:G1HeapRegionSize 使用G1垃圾回收器時單個Region的大小，取值為1M至32M

3.2. histo

列印堆的 物件統計，包括 物件例項數、記憶體大小 等等。因為在 histo:live 前會進行 full gc，如果帶上 live 則只統計 活物件。不加 live 的堆大小要大於加 live 堆的大小。

$ jmap -histo:live 12498
 num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
   1:         50358        7890344  [C
   2:         22887        2014056  java.lang.reflect.Method
   3:          3151        1485512  [B
   4:         49267        1182408  java.lang.String
   5:          7836         871384  java.lang.Class
   6:         24149         772768  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node
   7:         20785         482256  [Ljava.lang.Class;
   8:          8357         435248  [Ljava.lang.Object;
   9:         10035         401400  java.util.LinkedHashMap$Entry
  10:          4803         369488  [Ljava.util.HashMap$Node;
  11:         10763         344416  java.util.HashMap$Node
  12:          5205         291480  java.util.LinkedHashMap
  13:          3055         219960  java.lang.reflect.Field
  14:           120         193408  [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node;
  15:         11224         179584  java.lang.Object
  16:          1988         146152  [Ljava.lang.reflect.Method;
  17:          3036         145728  org.aspectj.weaver.reflect.ShadowMatchImpl
  18:          1771         141680  java.lang.reflect.Constructor
  19:          4903         117672  org.springframework.core.MethodClassKey
  20:          3263         104416  java.lang.ref.WeakReference
  21:          2507         100280  java.lang.ref.SoftReference
  22:          2523          97600  [I
  23:          3036          97152  org.aspectj.weaver.patterns.ExposedState
  24:          2072          95280  [Ljava.lang.String;
  25:           954          91584  org.springframework.beans.GenericTypeAwarePropertyDescriptor
  26:          1633          91448  java.lang.Class$ReflectionData
  27:          3142          90520  [Z
  28:          1671          80208  java.util.HashMap
  29:          3244          77856  java.util.ArrayList
  30:          3037          72880  [Lorg.aspectj.weaver.ast.Var;
  31:          1809          72360  java.util.WeakHashMap$Entry
  32:          1967          62944  java.util.LinkedList
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其中，class name 是 物件型別，物件 縮寫型別 與 真實型別 的對應說明如下：

物件縮寫型別 物件真實型別
B byte
C char
D double
F float
I int
J long
Z boolean
[ 陣列，如[I表示int[]
[L+類名 其他物件

3.3. dump

dump 用於匯出記憶體轉儲快照。常用的方式是通過 jmap 把程式 記憶體使用情況 dump 到檔案中，再用 jhat 分析檢視。jmap 進行 dump 的命令格式如下：

jmap -dump:format=b,file=dumpFileName
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引數含義如下：

引數 引數含義
dump 堆到檔案
format 指定輸出格式
live 指明是活著的物件
file 指定檔名
  • 通過 jmap 匯出 記憶體快照，檔案命名為 dump.dat：
jmap -dump:format=b,file=dump.dat 12498
Dumping heap to /Users/XXX/dump.dat ...
Heap dump file created
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匯出的 dump 檔案可以通過 MAT、VisualVM 和 jhat 等工具檢視分析，後面會詳細介紹。

4. jhat堆快照分析工具

jhat（JVM Heap Analysis Tool）命令通常與 jmap 搭配使用，用來分析 jmap 生成的 dump。jhat 內建了一個微型的 HTTP/HTML 伺服器，生成 dump 的分析結果後，可以在瀏覽器中檢視。

注意：一般不會直接在 伺服器 上 進行分析，因為使用 jhat 是一個 耗時 並且 耗費硬體資源 的過程，一般的做法是，把 伺服器 生成的 dump 檔案複製到 本地 或 其他機器 上進行分析。

命令格式如下：

Usage:  jhat [-stack <bool>] [-refs <bool>] [-port <port>] [-baseline <file>] [-debug <int>] [-version] [-h|-help] <file>

	-J<flag>          Pass <flag> directly to the runtime system. For
			  example, -J-mx512m to use a maximum heap size of 512MB
	-stack false:     Turn off tracking object allocation call stack.
	-refs false:      Turn off tracking of references to objects
	-port <port>:     Set the port for the HTTP server.  Defaults to 7000
	-exclude <file>:  Specify a file that lists data members that should
			  be excluded from the reachableFrom query.
	-baseline <file>: Specify a baseline object dump.  Objects in
			  both heap dumps with the same ID and same class will
			  be marked as not being "new".
	-debug <int>:     Set debug level.
			    0:  No debug output
			    1:  Debug hprof file parsing
			    2:  Debug hprof file parsing, no server
	-version          Report version number
	-h|-help          Print this help and exit
	<file>            The file to read
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引數含義如下：

引數 引數值預設值 引數含義
stack true 關閉 物件分配呼叫棧跟蹤。如果分配位置資訊在堆轉儲中不可用。則必須將此標誌設定為false。
refs true 關閉 物件引用跟蹤。預設情況下，返回的指標是指向其他特定物件的物件。如 反向連結 或 輸入引用，會統計/計算堆中的所有物件
port 7000 設定jhat HTTP server的埠號
exclude — 指定物件查詢時需要排除的資料成員列表檔案
baseline — 指定一個 基準堆轉儲。在兩個heap dumps中有相同object ID的物件時，會被標記為不是新的，其他物件被標記為新的。在比較兩個不同的堆轉儲時很有用
debug 0 設定debug級別，0表示不輸出除錯資訊。值越大則表示輸出更詳細的debug資訊
version — 啟動後只顯示版本資訊就退出
J — jhat命令實際上會啟動一個JVM來執行，通過-J可以在啟動JVM時傳入一些 啟動引數。例如， -J-Xmx512m則指定執行jhat 的Java虛擬機器使用的最大堆記憶體為512MB。
  • 前面提到，通過 jmap dump 出來的檔案可以用 MAT、VisualVM 等工具檢視，這裡我們用 jhat 檢視：
$ jhat -port 7000 dump.dat
Reading from dump.dat...
Dump file created Sun Aug 12 12:15:02 CST 2018
Snapshot read, resolving...
Resolving 1788693 objects...
Chasing references, expect 357 dots.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Eliminating duplicate references.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.
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  • 開啟瀏覽器，輸入 http://localhost:7000，檢視 jhat 的分析報表頁面：
JVM系列(七) – JVM線上監控工具
  • 可以按照 包名稱 檢視專案模組中的具體 物件示例：
JVM系列(七) – JVM線上監控工具

除此之外，報表分析的最後一頁，還提供了一些擴充套件查詢：

JVM系列(七) – JVM線上監控工具
  • 顯示所有的 Root 集合；
  • 顯示所有 class 的當前 物件例項數量（包含 JVM 平臺相關類）；
  • 顯示所有 class 的當前 物件例項數量（除去 JVM 平臺相關類）；
  • 顯示 堆記憶體 中例項物件的 統計直方圖（和直接使用 jmap 沒有區別）；
  • 顯示 finalizer 虛擬機器 二次回收 的資訊摘要；
  • 執行 jhat 提供的 物件查詢語言（OQL）獲取指定物件的例項資訊。

注意：jhat 支援根據某些條件來 過濾 或 查詢 堆的物件。可以在 jhat 的 html 頁面中執行 OQL 語句，來查詢符合條件的物件。OQL `具體的語法可以直接訪問 http://localhost:7000/oqlhelp。

在具體排查時，需要結合程式碼，觀察是否 大量應該被回收 的物件 一直被引用，或者是否有 佔用記憶體特別大 的物件 無法被回收。

5. jstack堆疊跟蹤工具

jstack 用於生成 java 虛擬機器當前時刻的 執行緒快照。執行緒快照 是當前 java 虛擬機器內 每一條執行緒 正在執行的 方法堆疊 的 集合。生成執行緒快照的主要目的是定位執行緒出現 長時間停頓 的原因，如 執行緒間死鎖、死迴圈、請求外部資源 導致的 長時間等待 等等。

執行緒出現 停頓 的時候，通過 jstack 來檢視 各個執行緒 的 呼叫堆疊，就可以知道沒有響應的執行緒到底在後臺做什麼事情，或者等待什麼資源。如果 java 程式 崩潰 生成 core 檔案，jstack 工具可以通過 core 檔案獲取 java stack 和 native stack 的資訊，從而定位程式崩潰的原因。

命令格式如下：

Usage:
    jstack [-l] <pid>
        (to connect to running process)
    jstack -F [-m] [-l] <pid>
        (to connect to a hung process)
    jstack [-m] [-l] <executable> <core>
        (to connect to a core file)
    jstack [-m] [-l] [server_id@]<remote server IP or hostname>
        (to connect to a remote debug server)
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引數含義如下：

  • pid：本地 jvm 服務的程式 ID；
  • executable core：列印 堆疊跟蹤 的核心檔案；
  • remote server IP/hostname：遠端 debug 服務的 主機名 或 IP 地址；
  • server id：遠端 debug 服務的 程式 ID。

引數選項說明如下：

引數 引數含義
F 當正常輸出請求 不被響應 時，強制輸出 執行緒堆疊
l 除堆疊外，顯示關於 鎖的附加資訊
m 如果呼叫到 本地方法 的話，可以顯示 C/C++ 的堆疊

注意：在實際執行中，往往一次 dump 的資訊，還不足以確認問題。建議產生三次 dump 資訊，如果每次 dump 都指向同一個問題，才能確定問題的典型性。

5.1. 系統執行緒狀態

在 dump 檔案裡，值得關注的 執行緒狀態 有：

  1. 死鎖：Deadlock（重點關注）
  2. 執行中：Runnable
  3. 等待資源：Waiting on condition（重點關注）
  4. 等待獲取監視器：Waiting on monitor entry（重點關注）
  5. 暫停：Suspended
  6. 物件等待中：Object.wait() 或 TIMED_WAITING
  7. 阻塞：Blocked（重點關注）
  8. 停止：Parked

具體的含義如下所示：

(a). Deadlock

死鎖執行緒，一般指多個執行緒呼叫期間發生 資源的相互佔用，導致一直等待無法釋放的情況。

(b). Runnable

一般指該執行緒正在 執行狀態 中，該執行緒佔用了 資源，正在 處理某個請求。有可能正在傳遞 SQL 到資料庫執行，有可能在對某個檔案操作，有可能進行資料型別等轉換。

(c). Waiting on condition

該狀態線上程等待 某個條件 的發生。具體是什麼原因，可以結合 stacktrace 來分析。執行緒處於這種 等待狀態，一旦有資料準備好讀之後，執行緒會重新啟用，讀取並處理資料。

執行緒正處於等待資源或等待某個條件的發生，具體的原因需要結合下面堆疊資訊進行分析。

  • 如果 堆疊資訊 明確是 應用程式碼，則證明該執行緒正在 等待資源。一般是大量 讀取某種資源 且該資源採用了 資源鎖 的情況下，執行緒進入 等待狀態。

  • 如果發現有 大量的執行緒 都正處於這種狀態，並且堆疊資訊中得知正在 等待網路讀寫，這是因為 網路阻塞 導致 執行緒無法執行，很有可能是一個 網路瓶頸 的徵兆：

    • 網路非常 繁忙，幾乎消耗了所有的頻寬，仍然有大量資料等待網路讀寫；
    • 網路可能是 空閒的，但由於 路由 或 防火牆 等原因，導致包無法正常到達。

  • 還有一種常見的情況是該執行緒在 sleep，等待 sleep 的時間到了，將被喚醒。

(d). Locked

執行緒阻塞，是指當前執行緒執行過程中，所需要的資源 長時間等待 卻 一直未能獲取到，被容器的執行緒管理器標識為 阻塞狀態，可以理解為 等待資源超時 的執行緒。

(e). Waiting for monitor entry 和 in Object.wait()

Monitor 是 Java 中實現執行緒之間的 互斥與協作 的主要手段，它可以看成是 物件 或者 Class 的 鎖。每一個物件都有一個 monitor。

5.1. 死鎖示例

下面給出一個 死鎖 的案例，在 IntLock 中定義了兩個靜態的 可重入鎖 例項，在主方法中宣告瞭 兩個執行緒 對 兩把鎖 進行資源競爭。

public class DeadLockRunner {
    public static void main(String[] args) {
        IntLock r1 = new IntLock(1);
        IntLock r2 = new IntLock(2);
        Thread t1 = new Thread(r1);
        Thread t2 = new Thread(r2);
        t1.start();
        t2.start();
    }

    public static class IntLock implements Runnable {
        private static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
        private static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();
        private int lock;

        public IntLock(int lock) {
            this.lock = lock;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                if (lock == 1) {
                    lock1.lock();

                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    lock2.lock();
                } else {
                    lock2.lock();

                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    lock1.lock();
                }
            } finally {
                if (lock1.isHeldByCurrentThread()) {
                    lock1.unlock();
                }
                if (lock2.isHeldByCurrentThread()) {
                    lock2.unlock();
                }
            }
        }
    }
}
複製程式碼

5.2. dump日誌分析

啟動 DeadLockRunner 的 main() 方法，使用 jps 檢視阻塞的 jvm 程式的 id，然後使用 jstack 檢視 執行緒堆疊資訊，可以發現兩個執行緒相互 競爭資源，出現死鎖。

$ jstack -l 15584
2018-08-12 20:35:40
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.172-b11 mixed mode):

// 省略...

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
  waiting for ownable synchronizer 0x000000076ad61180, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
  waiting for ownable synchronizer 0x000000076ad611b0, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "Thread-1"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
	at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
	- parking to wait for  <0x000000076ad61180> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
	at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued(AbstractQueuedSynchronizer.java:870)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire(AbstractQueuedSynchronizer.java:1199)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync.lock(ReentrantLock.java:209)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lock(ReentrantLock.java:285)
	at io.ostenant.deadlock.DeadLockRunner$IntLock.run(DeadLockRunner.java:47)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-0":
	at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
	- parking to wait for  <0x000000076ad611b0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
	at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued(AbstractQueuedSynchronizer.java:870)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire(AbstractQueuedSynchronizer.java:1199)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync.lock(ReentrantLock.java:209)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lock(ReentrantLock.java:285)
	at io.ostenant.deadlock.DeadLockRunner$IntLock.run(DeadLockRunner.java:37)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Found 1 deadlock.
複製程式碼

參考

周志明，深入理解Java虛擬機器：JVM高階特性與最佳實踐，機械工業出版社

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