16 JVM性能监控与故障处理工具

1. 基础故障处理工具

1.1 jps：虚拟机进程状况工具

• jps：JVM Process Status Tool，用于列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类（Main Class，main()函数所在的类）名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID（LVMID，Local Virtual Machine Identifier）。
• jps还可以通过RMI协议查询开启了RMI服务的远程虚拟机进程状态，参数hostid为RMI注册表中注册的主机名。
• jps命令格式：jps [options] [hostid]
• 参数options：

• -q：显示进程ID，省略主类名称；
• -m：显示进程ID，主类名称，虚拟机进程启动时传递给主类main()函数的参数；
• -l：显示进程ID，主类的全类名（如果进程执行的是JAR包，则输出JAR路径）；
• -v：显示进程ID，主类名称，虚拟机进程启动时的JVM参数；
• -V：显示进程ID，主类名称（jps = jps -V）。

• 参数hostid：

• 主机或者服务器的IP，如果不指定，默认为当前的主机或者服务器。
• 如果需要查看其他机器上的JVM进程，需要在待查看机器上启动jstatd。

1.2 jstat：虚拟机统计信息监视工具

• jstat：JVM Statistics Monitoring Tool，用于监视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（需要远程主机提供RMI支持，JDK中提供了jstatd工具用于建立远程RMI服务器）虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾收集、即时编译等运行时数据。
• jstat命令格式：jstat option vmid [interval [count]]

• 对于本地虚拟机进程，VMID与LVMID是一致的；

• 对于远程虚拟机进程，VMID格式为：protocol://lvmid@hostname:port/servername。

• 参数 interval 和 count 代表查询间隔（默认单位是ms）和次数，如果省略这2个参数，说明只查询1次。

• 假设需要每250毫秒查询一次进程2764垃圾收集状况，一共查询20次，其命令为：

  • jstat -gc 2764 250 20

• 选项option代表用户希望查询的虚拟机信息，主要分为三类：类加载、垃圾收集、运行期编译状况。

• 参数option：

• -class：监视类加载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费的时间；
• -gc：监视Java堆状况，包括Eden区、2个Survivor区、老年代、元空间、压缩类空间等的容量、已用空间以及垃圾收集时间合计等信息；
• -gccapacity：监视内容与 -gc 基本相同，但输出主要关注Java堆各个区域使用到的最大、最小空间；
• -gcutil：监视内容与 -gc 基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比；
• -gccause：与 -gcutil 功能一样，但是会额外输出导致上一次垃圾收集产生的原因；
• -gcnew：监视新生代垃圾收集状况；
• -gcnewcapacity：监视内容与 -gcnew 基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间；
• -gcold：监视老年代垃圾收集状况；
• -gcoldcapacity：监视内容与 -gcold 基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间；
• -gcpermcapacity：输出永久代使用到的最大、最小空间；
• -compiler：输出即时编译器编译过的方法、耗时等信息；
• -printcompilation：输出已经被即时编译的方法。

//监视Java堆状况
D:\workspace_idea\jvm>jps
19424 Launcher
19776 MethodAreaDemo
18900 KotlinCompileDaemon
9960
16796 Jps

D:\workspace_idea\jvm>jstat -gc 19776
S0C    	S1C    	 S0U    S1U      EC       EU       OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   	 YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT
10752.0 10752.0  0.0    0.0   65024.0   6509.6   173568.0     0.0     4096.0 776.7   0.0    0.0        0    0.000    0      0.000    0.000

CCS → Compressed Class Space → 压缩类空间

• 在 64 位平台上，HotSpot 使用了两个压缩优化技术，Compressed Object Pointers (“CompressedOops”) 和 Compressed Class Pointers。压缩指针，指的是在 64 位的机器上，使用 32 位的指针来访问数据（堆中的对象或 Metaspace 中的元数据）的一种方式。这样有很多的好处，比如 32 位的指针占用更小的内存，可以更好地使用缓存，在有些平台，还可以使用到更多的寄存器。当然，在 64 位的机器中，最终还是需要一个 64 位的地址来访问数据的，所以这个 32 位的值是相对于一个基准地址的值。
• -XX:+UseCompressedOops：允许对象指针压缩。
• -XX:+UseCompressedClassPointers：允许类指针压缩。
• 上面两个参数默认都是开启的，可以手动关闭它们。
• 如果不允许类指针压缩，那么将没有 Compressed Class Space 这个空间，并且 -XX:CompressedClassSpaceSize 这个参数无效。
• -XX:+UseCompressedClassPointers 是需要 -XX:+UseCompressedOops 开启的，所以堆大小如果大于 32G，CompressedOops 自动关闭，CompressedClassPointers 也会关闭的，关闭了就没有 Compressed Class Space 了，这块就是 Class Space 了。
• -XX:CompressedClassSpaceSize 大小的设置也是有限制，因为压缩开关是受制于 32G，所以这个自然也是不能大于 32G，不过 HotSpot 规定了这个参数不准大于 3G，默认值为 1G。
• 如果遇到了 java.lang.OutOfMemoryError: Compressed class space，就是类太多了，需要结合具体情况去选择 JVM 调优还是 bug 排查。

//查看参数CompressedClassSpaceSize的默认值大小
D:\workspace_idea\jvm>jps
3924 KotlinCompileDaemon
8312 Jps
9960
12524 Launcher
19244 MethodAreaDemo1

D:\workspace_idea\jvm>jinfo -flag CompressedClassSpaceSize 19244
-XX:CompressedClassSpaceSize=1073741824
//1073741824 / 1024 / 1024 / 1024 = 1G 即CompressedClassSpaceSize默认值为1G

1.3 jinfo：Java配置信息工具

• jinfo：Configuration Info for Java，用于实时查看和调整虚拟机各项配置信息。在JDK9中集成到了JHSDB中。
• jinfo命令格式：jinfo [option] pid
• 使用 jps -v 可以查看虚拟机启动时显式指定的参数列表，如果想要查看未被显式指定的参数的系统默认值，可以使用 jinfo -flag 进行查询（如果只限于JDK6或以上版本，也可以使用 java -XX:+PrintFlagsFinal 查看参数默认值）。
• 参数option：

• no option：输出全部的参数和系统属性；
• -flag name：输出对应名称的参数；
• -flag [+|-]name：开启或者关闭对应名称的参数；
• -flag name=value：设定对应名称的参数；
• -flags：输出全部的参数；
• -sysprops：输出系统属性（打印虚拟机进程的 System.getProperties() 的内容）。

• 注意：jinfo虽然可以在Java程序运行时动态地修改虚拟机参数，但并不是所有的参数都支持动态修改。
• 查看被标记为manageable的参数：java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep manageable

//查看参数NewRatio的大小
D:\workspace_idea\jvm>jps
18900 KotlinCompileDaemon
1016 MethodAreaDemo
17400 Jps
18136 Launcher
9960

D:\workspace_idea\jvm>jinfo -flag NewRatio 1016
-XX:NewRatio=2

1.4 jmap：Java内存映像工具

• jmap：Memory Map for Java，用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件，二进制文件）。它还可以查询finalize执行队列、Java堆和方法区的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。在JDK9中集成到了JHSDB中。
• jmap命令格式：jmap [option] vmid
• 参数option：

• no option：查看进程的内存映像信息；
• -dump：生成Java堆转储快照，格式为 jmap -dump:[live,]format=b,file=＜filename＞ vmid，其中live表示只dump出存活的对象；
• -histo：显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量；
• -heap： 显示Java堆详细信息。

1.5 jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

• jhat：JVM Heap Analysis Tool，与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的堆转储快照。jhat内置了一个微型的HTTP/Web服务器，生成堆转储快照的分析结果后，可以在浏览器中查看。在JDK9中被JHSDB代替。

1.6 jstack：Java堆栈跟踪工具

• jstack：Stack Trace for Java，用于生成虚拟机当前时刻的线程快照（一般称为threaddump或javacore文件）。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的目的通常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挂起等，都是导致线程长时间停顿的常见原因。线程出现停顿时通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以获知没有响应的线程到底在后台做些什么事情，或者等待着什么资源。在JDK9中集成到了JHSDB中。
• jstack命令格式：jstack [option] vmid
• 参数option：

• -F：当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈；
• -l：除堆栈外，显示关于锁的附加信息；
• -m：如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈。

1.7 JDK附带的小工具总结

• 基础工具：

• jar：创建和管理JAR文件；
• java：Java运行工具，用于运行Class文件或JAR文件，格式：java Hello；
• javac：Java前端编译器，格式：javac Hello.java；
• javadoc：Java的API文档生成器；
• javah：C语言头文件和Stub函数生成器，用于编写JNI（Java Native Interface）方法；
• javap：Java字节码分析工具，格式：javap -v -p Hello.class > test.txt；
• jlink：将Module和它的依赖打包成一个运行时镜像文件；
• jdb：基于JPDA协议的调试器，以类似于GDB的方式进行Java代码调试；
• jdeps：Java类依赖性分析器。

• 安全工具：

• keytool：管理密钥库和证书；
• jarsigner：生成并验证JAR签名；

• 远程方法调用工具：

• rmic：Java RMI编译器；
• rmiregistry：远程对象注册表服务，用于在当前主机的指定端口上创建并启动一个远程对象注册表；
• rmid：启动激活系统守护线程，允许在虚拟机中注册或激活对象；
• serialver：生成并返回指定类的序列化版本ID。

• 性能监控与故障处理工具：

• jstatd：JVM Statistics Monitoring Tool Daemon，jstat的守护程序，在JDK9中集成到了JHSDB中；
• jcmd：JVM Command，虚拟机诊断命令工具，将诊断命令请求发送到正在运行的Java虚拟机；
• jhsdb：Java HotSpot Debugger，一个基于服务性代理（SA，Serviceability Agent）的HotSpot进程调试器，始于JDK9；
• jconsole：Java Console，用于监控Java虚拟机的使用JMX规范的图形工具，它可以监控本地和远程Java虚拟机，还可以监控和管理应用程序；
• jvisualvm：Java VisualVM，一种图形化工具，可在Java虚拟机中运行时提供有关基于Java技术的应用程序的详细信息，Java VisualVM提供内存和CPU分析、堆转储分析、内存泄漏检测、MBean访问和垃圾收集；
• jmc：Java Mission Control，包含用于监控和管理Java应用程序的工具，而不会引入与这些工具相关联的性能开销，开发者可以使用jmc命令来创建JMC工具。

2. 可视化故障处理工具

2.1 JHSDB

• JHSDB（Java HotSpot Debugger）是一款基于服务性代理（Serviceability Agent，SA）实现的进程外调式工具。
• 服务性代理是 HotSpot 虚拟机中一组用于映射Java虚拟机运行信息的、主要基于Java语言（含少量JNI代码）实现的API集合。

//启动JHSDB的图形化模式
D:\workspace_idea\jvm>jps
18900 KotlinCompileDaemon
11880 MethodAreaDemo
17400 Jps
18136 Launcher
9960

D:\workspace_idea\jvm>jhsdb hsdb --pid 11880

2.2 JConsole

• JConsole（Java Monitoring and Management Console）是一款基于JMX（Java Management Extensions）的可视化的Java监视与管理控制台工具。它的主要功能是通过JMX的MBean（Managed Bean）对系统进行信息收集和参数动态调整。
• JConsole的启动方式：双击JDK/bin目录下的jconsole.exe启动JConsole，此时弹出的界面中会自动搜索出本机运行的所有虚拟机进程，不需要用户使用jsp工具来查询。

2.3 VisualVM

• VisualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）即多合一故障处理工具，是功能最强大的运行监视和故障处理程序之一。
• VisualVM的启动方式：双击JDK/bin目录下的jvisualvm.exe启动VisualVM。

2.4 JMC

• JMC（Java Mission Control）是一款可持续在线的监控工具，最初是BEA公司的产品，JMC不仅有可下载的独立程序，更常见的是作为Eclipse的插件来使用。
• JMC的启动方式：双击JDK/bin目录下的jmc.exe启动JMC。

3. HotSpot虚拟机插件及辅助工具

• HotSpot虚拟机的插件和辅助工具存放在HotSpot源码的 hotspot/src/share/tools 目录下，包括：Ideal Graph Visualizer、Client Compiler Visualizer、MakeDeps、Project Creator、LogCompilation、HSDIS。