JVM 性能调优——JVM 监控和分析的工具

给一个系统定位问题的时候，知识、经验是关键基础，数据是依据，工具是运用知识处理数据的手段。这里说的数据包括运行日志、异常堆栈、GC 日志、线程快照 (threaddump/javacore 文件) 堆转储快照 (headdump/hprof 文件) 等。经常使用适当的 JVM 监控和分析的工具可以加快我们分析数据、定位解决问题的速度。

1.JDK的命令行工具

jdk/bin 中命令行工具大多数是 jdk/lib/tools.jar 类库的一层薄封装，它们主要的功能代码是在 tools 类库中实现的。借助 tools.jar （Hotspot VM）类库里面的接口，我们可以直接在应用程序中实现功能强大的监控分析功能。

Sun JDK 监控和故障处理工具：

命令	说明
jps	JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的 HotSpot VM 进程
jstat	JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集 HotSpot VM 各方面的运行数据
jinfo	Configuration Info for Java，显示 JVM 配置信息
jmap	Memory Map for Java，生成 JVM 的内存转储快照 (heapdump 文件)
jhat	JVM Heap Dump Browser，用于分析 heapdump 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 JVM 的线程快照

2.Java监视与管理控制台JConsole

JDK 中除了提供大量的命令行工具外，还有两个功能强大的可视化工具: JConsole 和 VisualVM。JConsole 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，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。启动 JConsole 只需要在命令行运行 jconsole 即可。

页签名	对应命令	说明
概述		显示的是整个 JVM 主要运行数据的概览。 其中包括 “堆内存使用量”、“线程”、“类”、“CPU占用率” 4 种信息的曲线图。这些曲线图是后面 “内存”、“线程”、“类” 页签的信息汇总。
内存	jstat 命令	用于监视受收集器管理的 VM 内存 (Java 堆和永久代) 的变化趋势。
线程监控	jstack 命令	遇到线程停顿时可以使用这个页签进行监控分析。线程长时间停顿的主要原因一般有: 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)。

3.VisualVM多合一故障处理工具

VisualVM 是到目前为止随 JDK 发布的功能最强大的运行监视和故障处理程序，并且可以预见在未来一段时间内都是官方主力发展的 JVM 故障处理工具。VisualVM 除了运行监视、故障处理外，还提供了很多其他方面的功能，如性能分析 (Profiling)，VisualVM 的性能分析功能甚至比 JProfiler、YourKit 等专业且收费的 Profiling 工具都不会逊色多少，而且 VisualVM 有一个很大的优点就是不需要被监视的程序基于特殊的 Agent 运行，因此它对应用程序性能的影响最小，使得它可以直接应用在生产环境中。

1.VisualVM兼容范围与插件安装

VisualVM 基于 NetBeans 平台开发，因此它一开始就具备了扩展功能的特性，通过插件扩展支持，VisualVM 可以做到：

1、显示 JVM 进程以及进程的配置、环境信息 (jps、jinfo)
2、监视应用程序的 CPU、GC、堆、方法区以及线程的信息 (jstat、jstack)
3、dump 以及分析堆转储快照 (jmap、jhat)
4、方法级的程序运行性能分析，找出被调用最多、运行时间最长的方法
5、离线程序快照: 收集程序的运行时配置、线程dump、内存dump等信息建立一个快照，可以将快照发送开发者处进行bug反馈

VisualVM 主要特性的兼容性列表如下：

| 特性 | JDK 1.4.2 | JDK 1.5 | JDK 1.6 local | JDK 1.6 remote |
|:---------- |:---------- |:---------- |:---------- |
| 运行环境信息 | v | v | v | v |
| 系统属性 | | | v | |
| 监视面板 | v | v | v | v |
| 线程面板 | | v | v | v |
| 性能监控 | | | v | |
| 堆、线程 Dump | | | v | |
| MBean 管理 | | v | v | v |
| JConsole 插件 | | v | v | v |

启动 VisualVM 只需要在命令行运行 jvisualvm 即可。

VisualVM 插件安装一般使用自动安装功能，在有网络的环境下，点击 工具 > 插件菜单，然后根据实际需要选择安装即可。安装完插件，选择一个需要监视的程序就进入程序的主界面了。

2.生成、浏览堆转储快照

在 VisualVM 中生成 dump 文件有两种方式：

1、应用程序 > 右键单击应用程序节点 > 然后选择 "堆Dump"
2、应用程序 > 双击应用程序节点打开标签 > 然后再 "监控" 标签中单击 "堆Dump"

生成了 dump 文件后，应用程序页签将在该堆的应用程序下增加一个以 [headdump] 开头的子节点。如果需要把 dump 文件保存或发送出去，要在[headdump] 节点上右键选择 “另存为” 菜单，否则当 VisualVM 关闭时，生成的 dump 文件会被当做临时文件删除掉。要打开一个已经存在的 dump 文件，通过文件菜单中的 “装入” 功能，选择硬盘上的 dump 文件即可。

堆 dump 页签说明如下：

页签	说明
摘要	可以看到应用程序 dump 时的运行时参数、System.getProperties() 的内容，线程堆栈等信息。
类	以类为统计口径统计类的实例数量、容量信息。
实例数	不能直接使用，因为不能确定用户想查看哪个类的实例，所以需要通过 “类” 面板进入，在 “类” 中选择一个关心的类后双击鼠标，即可在 “实例” 里面看见此类中 500 个实例的具体属性信息。
OQL控制台	这里是运行OQL查询语句的，同 jhat 中的 OQL 功能一样。

3.分析程序性能

在 “抽样器” 页签中，VisualVM 提供了程序运行期间方法级的 CPU 执行时间分析以及内存分析，做 Profiling 分析肯定会对程序运行性能有比较大的影响，所以一般不在生产环境中使用这项功能。

要开始分析，先选择 “CPU” 和 “内存” 按钮中的一个，然后切换到应用程序中对程序进行操作，VisualVM 会记录到这段时间中应用程序执行过的方法。如果是 CPU 分析，将会统计每个方法的执行次数、执行耗时；如果是内存分析，则会统计每个方法关联的对象数以及这些对象数所占的空间。分析结束后，点击 “停止” 按钮结束监控过程。

开发者分析自己的应用程序时，可根据实际业务的复杂度与方法的时间、调用次数做比较，找到最有优化价值的方法。