Java的JVM性能监控与故障处理工具详细介绍以及使用案例

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定位系统问题时，知识和经验是关键依据，数据是基础。 工具是应用知识来处理数据的手段。 这里提到的数据包括：运行日志、异常栈、GC日志、线程快照文件（/files）、堆转储快照（/hprof文件）等。使用JVM命令，查看JVM参数可以帮助我们排查和解决问题。

1 JDK命令行工具

JDK的大部分命令行工具只是对JDK/lib/tools.jar类库的一层薄薄的包装，它们的主要功能代码都在tools类库中实现。 Linux下的一些工具甚至是用shell脚本编写的。

常用工具如下：

姓名

主效应

太平绅士

JVM Tool，显示指定系统中所有虚拟机进程

统计数据

JVM Tool，用于收集虚拟机各方面的运行数据

金佛

Info for Java，显示虚拟机配置信息

杰图

Map for Java，生成虚拟机内存转储快照（文件）

贾特

JVM Heap Dump，分析文件，并在浏览器中查看结果

java 的堆栈跟踪，显示虚拟机的线程快照

1.1 jps——虚拟机进程状态工具

列出正在运行的虚拟机进程，并显示这些进程的虚拟机执行主类名称和本地虚拟机唯一 ID。

jps命令格式：

jps [ ] [ ]

jps可以通过RMI协议打开RMI服务的远程虚拟机进程状态，即RMI注册表中注册的主机名。

jps常用选项：

选项

影响

-q

只输出LVMID

-m

输出虚拟机进程启动时传递给主类main()函数的参数

-l

输出主类全名，如果进程执行jar包，则输出jar路径

-v

虚拟机进程启动时输出JVM参数

1.1.1 案例

案例类如下

public class Jstat {
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(1000000);
    }
}
复制代码

运行后，使用jps命令显示虚拟机进程id和名称：

1.2 jstat——虚拟机统计工具监控工具

jstat是一个命令行工具，用于监控虚拟机的各种运行状态信息。 它可以显示本地或远程虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾回收、JIT编译等运行数据。 解决机器性能问题的首选工具。

jstat的命令格式：

jstat [ vmid [ [s|ms] [count]] ]

：参数选项 -t：可以在打印列中添加一列，显示系统的运行时间 -h：指定数据周期时输出的行数后，可以输出一次表头vmid：ID（进程pid): 每次执行的时间间隔，单位毫秒 count: 用于指定输出多少条记录，默认会一直打印。 对于命令格式中的VMID和LVMID来说，如果是本地虚拟机进程，VMID和LVMID是一致的。 如果是远程虚拟机，VMID的格式应该是：[:][//] lvmid[@[:port]/] 参数和count分别代表查询的间隔和次数。 如果省略这两个参数，表示只执行一次查询。

jstat常用选项：

选项

影响

-班级

加载的类数量、卸载数量、总空间、类状态消耗的时间

-GC

监控Java堆容量状态，包括Eden、老年代、永久代等。

-

监控Java堆最大和最小空间

-

关注已用空间占总空间的百分比

-

同样，额外输出上次GC的原因

-GC新

新生代GC状态

-

与-GCnew类似，输出重点关注使用的最大和最小空间

-GCold

老年代GC状态

-

与-GCold类似，输出重点关注已使用的最大和最小空间

-

输出永久代使用的最大和最小空间

-

输出JIT编译的方法和耗时

-

经过 JIT 编译的输出方法

-

元数据空间统计

1.2.1 案例

添加-GC以显示GC堆信息。 还是用前面的例子，设置VM参数为- - -，即初始内存为30m，最大内存为30m，年轻代为10m。

运行程序，使用jstat -gc 6128命令，结果如下，可以看到GC堆信息：

S0C：年轻代中第一个（生存区）的容量（字节） S1C：年轻代中第二个（生存区）的容量（字节） S0U：年轻代中第一个（生存区）当前的容量已使用空间（字节） S1U：年轻代中第二个（生存区）当前已使用空间（字节） EC：年轻代中伊甸园（Eden）的容量（字节） EU：年轻代中伊甸园（Eden）当前使用的空间（字节） OC：老年代容量（字节） OU：老年代当前使用的空间（字节） MC：（元空间）容量（字节） MU：（元空间）当前使用的空间（字节） YGC：从应用程序启动到采样时间年轻代中的GC次数 YGCT：从应用程序启动到采样时间在年轻代中使用的GC时间（秒） FGC：从应用程序启动到在年老代中采样的时间（完整） GC) GC times FGCT：老年代（full GC） GC 从应用启动到采样所用的时间（s） GCT：从应用启动到 GC 使用的总时间（s）取样

从图中可以看出，结果符合我们VM参数设置的信息。

1.3 jinfo——Java配置信息工具

实时查看和调整虚拟机的各种参数。

jinfo常用选项：

选项

影响

案子

-旗帜

调整虚拟机参数

金信息-标志 + 1479

-标志

查看指定进程的所有参数

金信息-标志 1479

-

打印虚拟机进程系统内容

金佛-1479

无参考

打印全部

金佛1479

1.3.1 案例

使用上面的例子，加上vm参数信息- - -。 使用jinfo -flags 6128，可以从结果中找到我们设置的vm信息。

1.4 jmap——Java内存映射工具

jmap 命令用于生成堆转储快照。 jmap的作用不仅仅是获取dump文件，还可以查询执行队列、java堆、永久代的详细信息。 比如空间使用情况、当前使用的是哪个收集器等。

jmap格式：

jmap [] vmid

jmap常用选项：

选项

影响

-倾倒

生成格式为 -dump:[live,]=b,file= 的堆转储快照，不推荐

-

显示在 F 队列中等待线程执行方法的对象

-堆

显示java堆详细信息、收集器类型、参数配置、分代状态等

-历史

显示堆中对象的统计信息，包括类、实例数和总容量。 它会先触发GC，然后再统计信息。 不建议使用

-

查看永久代的内存状态非常耗时，并且会挂起应用程序。 不建议使用

-F

强制生成转储快照，并在 -dump 失败时再次使用此命令

1.4.1 案例

还是上面的例子。

使用jmap -heap 6128，可以看到我们VM参数设置的信息：

jmap -dump:live,=b,file=C:\Users\lx\\test1.bin 9472

会生成一个堆转储快照，这里我生成到桌面。 稍后您可以使用 jhat 来分析转储文件。

1.5 jhat——虚拟机堆快照分析工具

Sun JDK提供了jhat和jmap一起使用来分析dump生成的堆快照。 jhat内置了一个微型HTTP/HTML服务器，生成转储文件的分析结果后，您可以在浏览器中查看它。

1.5.1 案例

jhat test1.bin

test1.bin是上面生成的转储文件。 提示“已准备好”后。 屏幕上显示，用户在浏览器中输入：7000 即可看到分析结果。

默认情况下，分析结果以包为单位进行分组显示，内存泄漏的分析将主要使用“Heap”和OQL标签的功能。 前者可以找到内存中总容量最大的对象。 后者是一种标准的对象查询语言，它使用类似SQL的语法来查询和统计内存中的对象。

1.6 - Java 堆栈跟踪工具

该命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照（一般称为或文件）。 线程快照是当前虚拟机中每个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长时间停顿的原因，例如线程死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。

格式：

[] vmid

常用选项：

选项

影响

案子

-m

如果调用本机方法，则显示 C/C++ 堆栈

-m 1479

-l

除了堆栈之外，还显示有关锁的其他信息

-l 1479

-F

当正常输出的请求没有得到响应时，强制输出线程堆栈

-F 1479

1.6.1 案例

-l 9472

会输出很多信息，我们可以找到以下信息：

可以看到，主线程正在等待一个时间限制——因为sleep。

它可以帮助我们分析线程信息，比如死锁、状态等。

2 JDK可视化工具

JDK中除了提供大量的命令行工具外，还有两个强大的可视化工具：and，这两个工具是JDK的正式成员，不标注“和”。

2.1 - Java监控和管理控制台

从 Java 5 开始引入，是一个内置的 Java 性能分析器。 您可以轻松地使用它（或其高端“近亲”）来监视 Java 应用程序性能并跟踪 Java 中的代码。 （建议使用升级版本）

2.2 ——一体化的故障排除工具

是一个集成了多个JDK命令行工具的可视化工具。 基于平台开发，具有插件扩展功能的特点。 通过插件的扩展，可以用来显示虚拟机进程及进程的配置和环境信息（jps、jinfo）、监控应用程序CPU、GC、堆、方法区和线程信息（jstat、）等。 在JDK/bin目录下。

以上两个工具的使用可以看这篇文章：Java死锁详解及解决方案。 其中的死锁检测部分指导了这两个工具的使用。

3 其他外部工具

除了JDK自带的工具之外，使用外部工具可以为我们提供更强大的功能。

3.1 MAT——内存分析工具

MAT(Tool)是基于MAT的内存分析工具，是一个快速且功能丰富的JAVA堆分析工具，可以帮助我们发现内存泄漏，减少内存消耗。 使用内存分析工具从众多对象中进行分析，快速计算出内存中对象的大小，看看是谁阻止了垃圾收集器的回收，并可以通过报告对象直观地查看可能的结果。

官网地址：

3.3.1 下载并安装

下载链接：…

解压下载的-1.8.0.-win32.win32..zip：

双击开始！

3.3.2 使用

转储文件只是一个快照文件。 您可以使用jmap、VM等工具导出转储文件。 MAT还可以直接导出转储文件。 当然，您也可以直接打开现有的转储文件。

查看对象及其依赖关系：

检查可能的内存问题的分析：

3.3.3 案例 3.3.3.1 内存溢出代码

编写代码向 List 集合添加 100 万个字符串，每个字符串由 1000 个 UUID 组成。 如果程序能够正常执行，最后打印ok。

vm参数设置为-Xms4m -Xmx4m -XX:+参数表示当JVM OOM发生时，自动生成DUMP文件。

public class TestJvmOutOfMemory {
    public static void main(String[] args) {
        List