7、虚拟机性能监控与故障处理工具(2)（JVM笔记）

二、JDK的可视化工具

2.1 JConsole：Java监视与管理控制台

JConsole（Java Monitoring and Management Console）是一种基于JMX的可视化监视、管理工具。它管理部分的功能是针对JMX MBean进行管理，由于MBean可以使用代码、中间件服务器的管理控制台或者所有符合JMX规范的软件进行访问。

2.1.1 启动JConsole

从JDK的bin目录中可以直接双击运行此工具。

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启动后我们可以对其中一个进程进行监控（这里我们只是启动了 JConsole进程），得到的监控界面如下：

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说明：“概述”页面显示的是整个虚拟机主要运行数据的概览，其中包括“对内存使用情况”、“线程”、“类”、“ CPU使用情况”四种信息的曲线图。

2.1.2 内存监控

“内存”页相当于可视化的jstat命令，用于监视受收集器管理的虚拟机内存（Java堆和永久代）的变化趋势。这里通过例子说明（这里亲自试验了书中的例子，但是拿到的曲线和书中有点不一样，这里还是以书中为准）：

代码如下：

//使用java -Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC运行
public static void main(String[] args) throws Exception{
    fileHeap(1000);
}

static class OOMObject{
    public byte[] placeholder = new byte[64 * 1024];

}

public static void fileHeap(int num) throws InterruptedException{

    List list = new ArrayList();
    for(int i = 0; i < num; i++){
        Thread.sleep(50);
        list.add(new OOMObject());
    }
    System.gc();
}

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说明：这段代码的作用是以 64KB/50ms的速度往 Java堆中填充数据，一共填充 1000次，使用 JConsole的“内存”页进行监视，曲线变化如上图。这里可以看到，内存池 Eden区的运行趋势呈现折线状。监视范围扩大至整个堆后，会发现曲线是一条向上增长的平滑曲线。之所以呈现折线是因为当 Eden区被填满时进行一次 GC。从柱状图中可以看到，在 1000次循环执行结束，运行了 Sytem.gc()后，虽然整个新生代 Eden和 Survivor区都基本被清空了，但是代表老年代的柱状图仍然保持峰值状态，说明被填充进堆中的数据在 System.gc()方法执行后仍然存活。

• 问题一：虚拟机启动参数只限制了Java堆为100MB，没有指定-Xmn参数（-Xms初始堆大小，-Xmx最大堆大小），能否从监控图中估计出新生代有多大？
  从图中可以看到Eden空间为27328KB，因为没有设置-XX:SurvivorRadio参数，所以Eden与Survivor空间比例默认为8：1，整个新生代空间大约为27328KB*125%=34160KB。

• 问题二、为何执行了System.gc()之后，图中代表的老年代的柱状图仍然显示峰值状态，代码需要如何改动才能让System.gc()回收掉填充到堆中的对象？
  执行完System.gc()后，空间未能回收是因为在List list对象仍然存活，fileHeap()方法仍然没有退出，因此list对象在System.gc()执行时仍然处于作用域之内。如果把System.gc()移动到fileHeap()方法外调用就可以回收掉全部内存。

2.1.3 线程监控

如果上面的“内存”页签相当于可视化的jstat命令的话，“线程”页签的功能相当于可视化的jstack命令，遇到线程停顿时可以使用这个页签进行监控分析。之前说过线程长时间停顿的主要原因主要有：等待外部资源（数据库连接、网络资源、设备资源等）、死循环、锁等待（活锁和死锁）。下面通过代码演示：

public static void createBusyThread(){
    Thread thread = new Thread(new Runnable(){
        @Override
        public void run(){
            while(true)
                ;
        }
    }, "testBusyThread");
    
    thread.start();
}

//线程锁等待演示

public static void createLockThread(final Object lock){
    Thread thread = new Thread(new Runnable(){
        @Override
        public void run(){
            synchronized(lock){
                try{
                    lock.wait();
                } catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }, "testLockThread");
    thread.start();
}

public static void main(String[] args){
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    br.readLine();
    createBusyThread();
    br.readLine();
    Object obj = new Object();
    createLockThread(obj);
}

说明：程序运行后，首先在“线程”页签中选择main线程，如图所示。堆栈追踪显示BufferedReader在readBytes方法中等待System.in的键盘输入，这时线程为Runnable状态，Runnable状态的线程会被分配运行时间，但readBytes方法检查到流没有更新时会立刻归还执行令牌，这种等待只消耗很小的CPU资源。

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接着监控testBusyThread线程，如图所示。此时处于一个死循环中，不会归还线程执行令牌，会消耗很多CPU资源。

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在执行testLockThread线程时，在等待着lock对象的nofify或notifyAll方法的出现，此时线程处于WAITTING状态，在被唤醒之前是不会被分配执行时间的。

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这个线程只要 lock对象的 notify()或 notifyAll()方法被调用就会被激活，继续执行。下面的代码演示了无法再被激活的死锁等待。

//线程死锁等待演示
static class SynAddRunalbe implements Runnable{
    int a , b;
    public SynAddRunalbe(int a, int b){
        this.a = a;
        this.b = b;
    }
    
    @Override
    public void run(){
        synchronized(Integer.valueOf(a)){
            synchronized(Integer.valueOf(b)){
                System.out.println(a + b);
            }
        }
    }
}

public static void main(String[] args){
    for(int i = 0; i < 100; i++){
        new Thread(new SynAddRunalbe(1, 2)).start();
        new Thread(new SynAddRunalbe(2, 1)).start();
    }
}

说明：这段代码开了200个线程去分别计算1+2以及2+1的值，一般的话，for循环只需要运行2~3次就会遇到线程死锁，程序无法结束。造成死锁的原因是Integer.valueOf()方法基于减少对象创建次数和节省内存的考虑，[-128, 127]之间的数字会被缓存，当valueOf()方法传入参数在这个范围之内，将直接返回缓存中的对象。即代码中调用了200次valueOf()方法一共就只返回了两个不同的对象。加入在某个线程的两个synchronized块之间发生了一次线程切换，那就会出现线程A等着被线程B持有的Integer.valueOf(1)，线程B又等着被线程A持有的Integer.valueOf(2)，结果出现大家都抛不下去的情景。

出现死锁之后，点击JConsole线程面板的“监测到死锁”的按钮，将出现一个新的“死锁”页签，如图所示。

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从图中可以看到，线程 Thread-43在等待一个被线程 Thread-12持有的 Integer对象，而点击线程 Thread-12则显示它也在等待一个 Integer对象，被线程 Thread-43持有，这样就发生了死锁。