一文带你读懂JDK源码：JVM常用性能监控指令

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我们日常给系统定位问题，依据的是系统运行时的各项指标数据和工具，数据包括了：运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照、堆转储快照等；而工具则包括了：监视虚拟机和故障处理的工具。

这些故障处理工具是Sun公司赠与我们开发者的独特“礼物”，它们功能强大且稳定，帮助我们更好的处理应用程序性能问题和定位故障。

下文主要介绍了6个常用的监控工具：

• jps ：JVM Process Status Tool，一款用于查看java进程的工具 - 查看当前环境下运行的java服务的进程id和名称
  

• jstat ：JVM Statistics Monitoring，一款用于监视虚拟机各种运行状态统计信息工具。
  

• jinfo ：Configuration Info For Java，一款用于实时查看和修改JVM参数的工具。

• jmap ：Memory Map for Java，一款用于生成堆转储快照即dump文件的命令。
  

• jhat ：JVM Heap Analysis Tool，一款用来分析dump文件的工具。
  

• jstack ：Stack Trace for Java，一款用于生成当前时刻的线程状态信息的快照工具。

winter

开讲前，我们先回顾下JVM的基本结构。根据《Java虚拟机规范（Java SE 7版）》。Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域：

• 程序计数器（Program Counter Register）：当前线程执行的字节码指示器

• Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：Java方法执行的内存模型，每个方法会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

• 本地方法栈（Native Method Stack）：（虚拟机使用到的）本地方法执行的内存模型。

• Java堆（Java Heap）：虚拟机启动时创建的内存区域，唯一目的是存放对象实例，处于逻辑连续但物理不连续内存空间中。

• 方法区（Method Area）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，存放编译器生成的各种字面值和符号引用。

JVM进程工具：jps

jps 工具：JVM Process Status Tool，一款用于查看java进程的工具。功能是查看当前环境下运行的java服务的进程id和名称，一般其他命令使用前都会先使用jps命令获取java进程信息。

指令格式：jps [options] [hostid]

 [options]的参考列表：

代码demo：

  /**
   * 

   * jps 指令 启动参数：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * 
   */
  private static void testJPS() throws InterruptedException {
    ArrayList objects = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      Thread.sleep(100);
    }
  }

指令执行：jps -l

JVM状态工具：jstat

jstat 工具：可以进一步对该 JVM 的各种运行状态信息进行捕获（显示本地或者远程JVM的类装载、内存、垃圾收集JIT编译等数据）。

指令格式：jstat [options] [hostid] [gap-扫描间隔] 

 [options] 的参考列表：

代码demo：

  /**
   * 

   * jstat 指令
   * 案例：
   * 启动参数：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * 内存最终溢出OOM，此时通过jstat可以观察到进行了8次YGC，1次FGC
   * 
   */
  private static void testJSTAT() throws InterruptedException {
    ArrayList objects = new ArrayList<>();
    ArrayList objects2 = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      objects2.addAll(objects);
      if (i > 830) {
        Thread.sleep(100);
      }
    }
  }

指令执行：jstat -gc 19345 3550 （每隔3550ms扫描一次内存使用情况，内存最终溢出OOM，此时通过jstat可以观察到进行了8次YGC，1次FGC）

结果分析：注意：C表示Capacity(容量)，U表示Used(已使用大小)

序号	字段	含义
1	S0C	第一个幸存区的大小
2	S0C	第一个幸存区的大小
3	S0U	第二个幸存区的使用大小
4	S1U	第二个幸存区的已使用大小
5	EC	Eden区的大小
6	EU	Eden区的已使用大小
7	OC	老年代的大小
8	OU	老年代已使用大小
9	MC	方法区大小
10	MU	方法区使用大小
11	CCSC	压缩类空间大小
12	CCSU	压缩类空间使用大小
13	YGC	年轻代垃圾回收次数
14	YGCT	年轻代垃圾回收消耗时间
15	FGC	老年代垃圾回收次数
16	FGCT	老年代垃圾回收消耗时间
17	GCT	垃圾回收消耗总时间

JVM参数配置工具：jinfo

jinfo 工具：可以实时查看和调整虚拟机的各项参数。

指令格式：

jinfo -flag name [PID]: 查看某个java进程的name属性的值
     jinfo -flags [PID]: 查看已经赋值的JVM参数

代码demo：

  /**
   * 

   * jinfo 指令
   * 可以实时查看和调整虚拟机的各项参数
   * 配置：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * 案例：
   * 
   */
  private static void testJINFO() throws InterruptedException {
    ArrayList objects = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      Thread.sleep(100);
    }
  }

指令执行：jinfo -flag

JVM内存映像工具：jmap

jmap 指令：用于生成堆转储快照（又叫 heapdump 或 dump 文件）。

指令格式：

jmap -heap [PID] //打印出堆内存相关信息

jmap -dump:format=b,file=/usr/heap.hprof  [PID] //生成dump文件

通用配置：-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

一旦发生OutOfMemoryError之后就会自动生成dump文件。

代码demo：

  /**
   * 

   * jmap 指令
   * 获取dump文件，还能查询 finalize 执行队列、Java 堆和永久代的信息（空间使用率&GC收集器等）
   * 配置：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * 
   */
  private static void testJMAP() throws InterruptedException {
    ArrayList objects = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      Thread.sleep(100);
    }
  }

指令执行：jmap -dump:format=b,file=testjmap.bin 20136

生成文件默认位置：

JVM堆转储快照分析工具：jhat

jhat 指令：与 jmap 搭配使用，用来分析 jmap 生成的堆转储快照。

指令格式： jhat [filename] 

指令执行：jhat testjmap.bin

JVM堆栈跟踪工具：jstack

jstack 指令：用于生成虚拟机的线程快照（又叫threaddum 或者 javacore 文件）。

指令格式：jstack [options] [PID]

指令执行：jstack -l 20024

JDK可视化工具JConsole

JConsole：Java Monitoring and Management Console，是一款JDK自带的可视化监控工具。

通过 jconsole 可以查看java应用程序的运行概况、监控堆信息、永久区使用情况、类加载情况等信息。

步骤1、选择监控的JVM进程

步骤2、通过控制台的各个tab可以查看进程的详情（JVM概览 / 内存分区使用情况等）

案例1：通过可视化工具，监控内存使用情况

  /**
   *  JConsole 可视化监控
   *  启动配置：-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC
   *  -Dcom.sun.management.jmxremote  -Dcom.sun.management.jmxremote.port=8077
   *  -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
   *  案例：
   *    每50ms一次往Java堆填充64Kb数据，一共1000次
   */
  private static void testJCONSOLE() throws InterruptedException {
    ArrayList list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 1000; i++){
      //延时一段时间，让监控曲线变得明显。
      Thread.sleep(50);
      list.add(new OOMObject());
    }
    System.gc();
  }


  /**
   * 内存占位符对象，一个对象 64KB
   */
  static class OOMObject{
    public byte[] placeholder = new byte[64*1024];
  }

JVM内存分析：程序每50ms一次往Java堆填充64Kb数据，一共1000次，同时因为Eden区超出阈值会触发YoungGC，导致Eden的大小呈高低波浪变化。

案例2：通过可视化工具，完成死锁问题的定位

  /**
   * 

   *    案例：死锁演示
   * 
   */
  private static void testJCONSOLE_DeadLock() {
    for (int i = 0; i <100; i++){
      new Thread(new SynAddRunnable(1,2)).start();
      new Thread(new SynAddRunnable(2,1)).start();
    }
  }
  /**
   * 

   *     线程死锁等待演示
   * 
   */
  static class SynAddRunnable implements Runnable{
    int a,b;
    public SynAddRunnable(final int a, final 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);
        }
      }
    }
  }

JVM内存分析：Thread-1 与 Thread-2 两个线程由于互相资源等待，所以导致了死锁。

总结

总结一下，本节共介绍了6个JVM性能监控指令，同时也介绍了一个JDK内置的可视化工具JConsole，该工具有助于开发者，去直观的分析JVM的性能问题。希望对大家理解JVM的内存监控有所帮助~

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