jvm优化必知系列——监控工具
这是jvm优化系列第二篇：
- jvm优化——垃圾回收
通过上一篇的jvm垃圾回收知识，我们了解了jvm对内存分配以及垃圾回收是怎么来处理的。理论是指导实践的工具，有了理论指导，定位问题的时候，知识和经验是关键基础，数据可以为我们提供依据。
在常见的线上问题时候，我们多数会遇到以下问题：
- 内存泄露
- 某个进程突然cpu飙升
- 线程死锁
- 响应变慢...等等其他问题。
如果遇到了以上这种问题，在线下可以有各种本地工具支持查看，但到线上了，就没有这么多的本地调试工具支持，我们该如何基于监控工具来进行定位问题?
我们一般会基于数据收集来定位，而数据的收集离不开监控工具的处理，比如：运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照、堆快照等。经常使用恰当的分析和监控工具可以加快我们的分析数据、定位解决问题的速度。以下我们将会详细介绍。
一、jvm常见监控工具&指令
1、 jps:jvm进程状况工具
jps [options] [hostid]如果不指定hostid就默认为当前主机或服务器。
命令行参数选项说明如下：
-q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数
- l 输出main类或Jar的全限名
-m 输出传入main方法的参数
- v 输出传入JVM的参数例如:
2、jstat: jvm统计信息监控工具
jstat 是用于见识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，它是线上定位jvm性能的首选工具。
命令格式:
jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ]
generalOption - 单个的常用的命令行选项，如-help, -options, 或 -version。
outputOptions -一个或多个输出选项，由单个的statOption选项组成，可以和-t, -h, and -J等选项配合使用。参数选项：
| Option |
Displays |
Ex |
| class |
用于查看类加载情况的统计 |
jstat -class pid:显示加载class的数量，及所占空间等信息。 |
| compiler |
查看HotSpot中即时编译器编译情况的统计 |
jstat -compiler pid:显示VM实时编译的数量等信息。 |
| gc |
查看JVM中堆的垃圾收集情况的统计 |
jstat -gc pid:可以显示gc的信息，查看gc的次数，及时间。其中最后五项，分别是young gc的次数，young gc的时间，full gc的次数，full gc的时间，gc的总时间。 |
| gccapacity |
查看新生代、老生代及持久代的存储容量情况 |
jstat -gccapacity:可以显示，VM内存中三代（young,old,perm）对象的使用和占用大小 |
| gccause |
查看垃圾收集的统计情况（这个和-gcutil选项一样），如果有发生垃圾收集，它还会显示最后一次及当前正在发生垃圾收集的原因。 |
jstat -gccause:显示gc原因 |
| gcnew |
查看新生代垃圾收集的情况 |
jstat -gcnew pid:new对象的信息 |
| gcnewcapacity |
用于查看新生代的存储容量情况 |
jstat -gcnewcapacity pid:new对象的信息及其占用量 |
| gcold |
用于查看老生代及持久代发生GC的情况 |
jstat -gcold pid:old对象的信息 |
| gcoldcapacity |
用于查看老生代的容量 |
jstat -gcoldcapacity pid:old对象的信息及其占用量 |
| gcpermcapacity |
用于查看持久代的容量 |
jstat -gcpermcapacity pid: perm对象的信息及其占用量 |
| gcutil |
查看新生代、老生代及持代垃圾收集的情况 |
jstat -util pid:统计gc信息统计 |
| printcompilation |
HotSpot编译方法的统计 |
jstat -printcompilation pid:当前VM执行的信息 |
例如:
查看gc 情况执行:jstat-gcutil 27777
3、jinfo： java配置信息
命令格式:
jinfo[option] pid比如:获取一些当前进程的jvm运行和启动信息。
4、jmap: java 内存映射工具
jmap命令用于生产堆转存快照。打印出某个java进程（使用pid）内存内的，所有‘对象’的情况（如：产生那些对象，及其数量）。
命令格式：
jmap [ option ] pid
jmap [ option ] executable core
jmap [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP
参数选项：
-dump:[live,]format=b,file= 使用hprof二进制形式,输出jvm的heap内容到文件=. live子选项是可选的，假如指定live选项,那么只输出活的对象到文件.
-finalizerinfo 打印正等候回收的对象的信息.
-heap 打印heap的概要信息，GC使用的算法，heap的配置及wise heap的使用情况.
-histo[:live] 打印每个class的实例数目,内存占用,类全名信息. VM的内部类名字开头会加上前缀”*”. 如果live子参数加上后,只统计活的对象数量.
-permstat 打印classload和jvm heap长久层的信息. 包含每个classloader的名字,活泼性,地址,父classloader和加载的class数量. 另外,内部String的数量和占用内存数也会打印出来.
-F 强迫.在pid没有相应的时候使用-dump或者-histo参数. 在这个模式下,live子参数无效.
-h | -help 打印辅助信息
-J 传递参数给jmap启动的jvm. 例如：
使用jmap -heap pid查看进程堆内存使用情况，包括使用的GC算法、堆配置参数和各代中堆内存使用情况：
使用jmap -histo[:live] pid查看堆内存中的对象数目、大小统计直方图。
5、jhat:jvm堆快照分析工具
jhat 命令与jamp搭配使用，用来分析map生产的堆快存储快照。jhat内置了一个微型http/Html服务器，可以在浏览器找那个查看。不过建议尽量不用，既然有dumpt文件，可以从生产环境拉取下来，然后通过本地可视化工具来分析，这样既减轻了线上服务器压力，有可以分析的足够详尽(比如 MAT/jprofile/visualVm)等。
6、jstack:java堆栈跟踪工具
jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照是当前java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。
命令格式：
jstack [ option ] pid
jstack [ option ] executable core
jstack [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP
参数：
-F当’jstack [-l] pid’没有相应的时候强制打印栈信息
-l长列表. 打印关于锁的附加信息,例如属于java.util.concurrent的ownable synchronizers列表.
-m打印java和native c/c++框架的所有栈信息.
-h | -help打印帮助信息
pid 需要被打印配置信息的java进程id,可以用jps查询.后续的查找耗费最高cpu例子会用到。
二、可视化工具
对jvm监控的常见可视化工具，除了jdk本身提供的Jconsole和visualVm以外，还有第三方提供的jprofilter，perfino,Yourkit，Perf4j，JProbe，MAT等。这些工具都极大的丰富了我们定位以及优化jvm方式。
这些工具的使用，网上有很多教程提供，这里就不再过多介绍了。对于VisualVm来说，比较推荐使用，它除了对jvm的侵入性比较低以外，还是jdk团队自己开发的，相信以后功能会更加丰富和完善。jprofilter对于第三方监控工具，提供的功能和可视化最为完善，目前多数ide都支持其插件，对于上线前的调试以及性能调优可以配合使用。
另外对于线上dump的heap信息，应该尽量拉去到线下用于可视化工具来分析，这样分析更详细。如果对于一些紧急的问题，必须需要通过线上监控，可以采用 VisualVm的远程功能来进行，这需要使用tool.jar下的MAT功能。
三、应用
1、cpu飙升
在线上有时候某个时刻，可能会出现应用某个时刻突然cpu飙升的问题。对此我们应该熟悉一些指令，快速排查对应代码。
1.找到最耗CPU的进程
指令:
top
2.找到该进程下最耗费cpu的线程
指令:
top -Hp pid
3.转换进制
printf “%x\n” 15332 // 转换16进制（转换后为0x3be4） 4.过滤指定线程，打印堆栈信息
指令
jstack pid |grep 'threadPid' -C5 --color
jstack 13525 |grep '0x3be4' -C5 --color // 打印进程堆栈 并通过线程id，过滤得到线程堆栈信息。
可以看到是一个上报程序，占用过多cpu了（以上例子只为示例，本身耗费cpu并不高）
2、线程死锁
有时候部署场景会有线程死锁的问题发生，但又不常见。此时我们采用jstack查看下一下。比如说我们现在已经有一个线程死锁的程序，导致某些操作waiting中。
1.查找java进程id
指令:
top 或者 jps 
2.查看java进程的线程快照信息
指令：
jstack -l pid
从输出信息可以看到，有一个线程死锁发生，并且指出了那行代码出现的。如此可以快速排查问题。
3、OOM内存泄露
java堆内的OOM异常是实际应用中常见的内存溢出异常。一般我们都是先通过内存映射分析工具（比如MAT）对dump出来的堆转存快照进行分析，确认内存中对象是否出现问题。
当然了出现OOM的原因有很多，并非是堆中申请资源不足一种情况。还有可能是申请太多资源没有释放，或者是频繁频繁申请，系统资源耗尽。针对这三种情况我需要一一排查。
OOM的三种情况:
1.申请资源（内存）过小，不够用。
2.申请资源太多，没有释放。
3.申请资源过多，资源耗尽。比如：线程过多，线程内存过大等。
1.排查申请申请资源问题。
指令:jmap -heap 11869 查看新生代，老生代堆内存的分配大小以及使用情况，看是否本身分配过小。
从上述排查，发现程序申请的内存没有问题。
2.排查gc
特别是fgc情况下，各个分代内存情况。
指令:jstat -gcutil 11938 1000 每秒输出一次gc的分代内存分配情况，以及gc时间
3.查找最费内存的对象
指令: jmap -histo:live 11869 | more
上述输出信息中，最大内存对象才161kb,属于正常范围。如果某个对象占用空间很大，比如超过了100Mb，应该着重分析，为何没有释放。
注意，上述指令:
jmap -histo:live 11869 | more
执行之后，会造成jvm强制执行一次fgc，在线上不推荐使用，可以采取dump内存快照，线下采用可视化工具进行分析，更加详尽。
jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 11869
或者采用线上运维工具，自动化处理，方便快速定位，遗失出错时间。
4.确认资源是否耗尽
- pstree 查看进程线程数量
- netstat 查看网络连接数量
或者采用:
- ll /proc/${PID}/fd | wc -l // 打开的句柄数
- ll /proc/${PID}/task | wc -l （效果等同pstree -p | wc -l） //打开的线程数
以上就是一些常见的jvm命令应用。
一种工具的应用并非是万能钥匙，包治百病，问题的解决往往是需要多种工具的结合才能更好的定位问题，无论使用何种分析工具，最重要的是熟悉每种工具的优势和劣势。这样才能取长补短，配合使用。