Tomcat内存优化4 求根索源——工具 JVM性能调优监控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof使用详解

    现实企业级Java开发中，有时候我们会碰到下面这些问题：

• OutOfMemoryError，内存不足

• 内存泄露

• 线程死锁

• 锁争用（Lock Contention）

• Java进程消耗CPU过高

• ......

    这些问题在日常开发中可能被很多人忽视（比如有的人遇到上面的问题只是重启服务器或者调大内存，而不会深究问题根源），但能够理解并解决这些问题是Java程序员进阶的必备要求。本文将对一些常用的JVM性能调优监控工具进行介绍，希望能起抛砖引玉之用。本文参考了网上很多资料，难以一一列举，在此对这些资料的作者表示感谢！关于JVM性能调优相关的资料，请参考文末。

  使用介绍：  
      
     1、jps ：我想很多人都是用过unix系统里的ps命令，这个命令主要是用来显示当前系统的进程情况，有哪些进程，及其 id。 jps 也是一样，它的作用是显示当前系统的java进程情况，及其id号。我们可以通过它来查看我们到底启动了几个java进程（因为每一个java程序都会独占一个java虚拟机实例），和他们的进程号（为下面几个程序做准备），并可通过opt来查看这些进程的详细启动参数。  
    使用方法：在当前命令行下打 jps(需要JAVA_HOME，没有的话，到改程序的目录下打) 。

可惜没有linux下的ps好用，名称不好用。但是在第四个工具jconsole的界面里面会有具体JAR包的名称。

/data/jdk1.6.0_06/bin/jps    
6360 Resin 
6322 WatchdogManager 
2466 Jps

      
     2、jstat ：对VM内存使用量进行监控。  
    jstat工具特别强大，有众多的可选项，详细查看堆内各个部分的使用量，以及加载类的数量。使用时，需加上查看进程的进程id，和所选参数。以下详细介绍各个参数的意义。  
    jstat -class pid:显示加载class的数量，及所占空间等信息。  
    jstat -compiler pid:显示VM实时编译的数量等信息。  
    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。  
    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，如：PGCMN显示的是最小perm的内存使用量，PGCMX显示的是perm的内存最大使用量，PGC是当前新生成的perm内存占用量，PC是但前perm内存占用量。其他的可以根据这个类推， OC是old内纯的占用量。  
    jstat -gcnew pid:new对象的信息。  
    jstat -gcnewcapacity pid:new对象的信息及其占用量。  
    jstat -gcold pid:old对象的信息。  
    jstat -gcoldcapacity pid:old对象的信息及其占用量。  
    jstat -gcpermcapacity pid: perm对象的信息及其占用量。  
    jstat -util pid:统计gc信息统计。  
    jstat -printcompilation pid:当前VM执行的信息。  
    除了以上一个参数外，还可以同时加上 两个数字，如：jstat -printcompilation 3024 250 6是每250毫秒打印一次，一共打印6次，还可以加上-h3每三行显示一下标题。  
      
    3、jmap 是一个可以输出所有内存中对象的工具，甚至可以将VM 中的heap，以二进制输出成文本。使用方法 jmap -histo pid。如果连用 SHELL  jmap -histo pid>a.log可以将其保存到文本中去（windows下也可以使用），在一段时间后，使用文本对比工具，可以对比出GC回收了哪些对象。 jmap -dump:format=b,file=f1 3024可以将3024进程的内存heap输出出来到f1文件里。  
      
    4、jconsole 是一个用java写的GUI程序，用来监控VM，并可监控远程的VM，非常易用，而且功能非常强。由于是GUI程序，这里就不详细介绍了，不会的地方可以参考ＳＵＮ的官方文档。  
    使用方法：命令行里打 jconsole，选则进程就可以了。  
      
    友好提示：windows查看进程号，由于任务管理器默认的情况下是不显示进程id号的，所以可以通过如下方法加上。ctrl+alt+del打开任务管理器，选择‘进程’选项卡，点‘查看’->''选择列''->加上''PID''，就可以了。当然还有其他很好的选项。

jstack

如果java程序崩溃生成core文件，jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息，从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。另外，jstack工具还可以附属到正在运行的java程序中，看到当时运行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果现在运行的java程序呈现hung的状态，jstack是非常有用的。

命令格式

$jstack [ option ] pid

$jstack [ option ] executable core

$jstack [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP

常用参数说明

OPTIONS

-F jstack [-l] pid无法响应时，强制打印堆栈

-l 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 混合模式输出(包括java和本地c/c++片段)堆栈。

pid: java应用程序的进程号,一般可以通过jps来获得;

executable:产生core dump的java可执行程序;

core:打印出的core文件;

remote-hostname-or-ip:远程debug服务器的名称或IP;

server-id: 唯一id,假如一台主机上多个远程debug服务;

使用示例

blue@blue-pc:~$ jps -ml
5661 org.apache.catalina.startup.Bootstrap 
blue@blue-pc:~$ jstack 5661
2013-04-16 21:09:27
Full thread dump Java HotSpot(TM) Server VM (20.10-b01 mixed mode):"Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x70e95400 nid=0x2265 waiting on condition [0x00000000]java.lang.Thread.State: RUNNABLE"http-bio-8080-exec-20" daemon prio=10 tid=0x08a35800 nid=0x1d42 waiting on condition [0x70997000]java.lang.Thread.State: WAITING (parking)at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)- parking to wait for  <0x766a27b8> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:156)at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:1987)at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.take(LinkedBlockingQueue.java:399)at org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue.take(TaskQueue.java:104)at org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue.take(TaskQueue.java:32)at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.getTask(ThreadPoolExecutor.java:947)at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:907)at java.lang.Thread.run(Thread.java:662)
........

一般情况下，通过jstack输出的线程信息主要包括：jvm自身线程、用户线程等。其中jvm线程会在jvm启动时就会存在。对于用户线程则是在用户访问时才会生成。

A、 jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)      

    jps主要用来输出JVM中运行的进程状态信息。语法格式如下：

    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：

   比如下面：

B、 jstack

    jstack主要用来查看某个Java进程内的线程堆栈信息。语法格式如下：

    命令行参数选项说明如下：

    jstack可以定位到线程堆栈，根据堆栈信息我们可以定位到具体代码，所以它在JVM性能调优中使用得非常多。下面我们来一个实例找出某个Java进程中最耗费CPU的Java线程并定位堆栈信息，用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。

    第一步先找出Java进程ID，我部署在服务器上的Java应用名称为mrf-center：

    得到进程ID为21711，第二步找出该进程内最耗费CPU的线程，可以使用ps -Lfp pid或者ps -mp pid -o THREAD, tid, time或者top -Hp pid，我这里用第三个，输出如下：

    TIME列就是各个Java线程耗费的CPU时间，CPU时间最长的是线程ID为21742的线程，用

    得到21742的十六进制值为54ee，下面会用到。    

    OK，下一步终于轮到jstack上场了，它用来输出进程21711的堆栈信息，然后根据线程ID的十六进制值grep，如下：

    可以看到CPU消耗在PollIntervalRetrySchedulerThread这个类的Object.wait()，我找了下我的代码，定位到下面的代码：

    它是轮询任务的空闲等待代码，上面的sigLock.wait(timeUntilContinue)就对应了前面的Object.wait()。

C、 jmap（Memory Map）和jhat（Java Heap Analysis Tool）

    jmap用来查看堆内存使用状况，一般结合jhat使用。

    jmap语法格式如下：

    如果运行在64位JVM上，可能需要指定-J-d64命令选项参数。

    打印进程的类加载器和类加载器加载的持久代对象信息，输出：类加载器名称、对象是否存活（不可靠）、对象地址、父类加载器、已加载的类大小等信息，如下图：

   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。比如下面的例子：

    使用jmap -histo[:live] pid查看堆内存中的对象数目、大小统计直方图，如果带上live则只统计活对象，如下：

    class name是对象类型，说明如下：

    还有一个很常用的情况是：用jmap把进程内存使用情况dump到文件中，再用jhat分析查看。jmap进行dump命令格式如下：

    我一样地对上面进程ID为21711进行Dump：

   dump出来的文件可以用MAT、VisualVM等工具查看，这里用jhat查看：

     注意如果Dump文件太大，可能需要加上-J-Xmx512m这种参数指定最大堆内存，即jhat -J-Xmx512m -port 9998 /tmp/dump.dat。然后就可以在浏览器中输入主机地址:9998查看了：

    上面红线框出来的部分大家可以自己去摸索下，最后一项支持OQL（对象查询语言）。

D、jstat（JVM统计监测工具）

    语法格式如下：

    vmid是Java虚拟机ID，在Linux/Unix系统上一般就是进程ID。interval是采样时间间隔。count是采样数目。比如下面输出的是GC信息，采样时间间隔为250ms，采样数为4：

    要明白上面各列的意义，先看JVM堆内存布局：

    可以看出：

    现在来解释各列含义：

E、hprof（Heap/CPU Profiling Tool）

    hprof能够展现CPU使用率，统计堆内存使用情况。

    语法格式如下：

    完整的命令选项如下：

    来几个官方指南上的实例。

    CPU Usage Sampling Profiling(cpu=samples)的例子：

    上面每隔20毫秒采样CPU消耗信息，堆栈深度为3，生成的profile文件名称是java.hprof.txt，在当前目录。 

    CPU Usage Times Profiling(cpu=times)的例子，它相对于CPU Usage Sampling Profile能够获得更加细粒度的CPU消耗信息，能够细到每个方法调用的开始和结束，它的实现使用了字节码注入技术（BCI）：

    Heap Allocation Profiling(heap=sites)的例子：

    Heap Dump(heap=dump)的例子，它比上面的Heap Allocation Profiling能生成更详细的Heap Dump信息：

    虽然在JVM启动参数中加入-Xrunprof:heap=sites参数可以生成CPU/Heap Profile文件，但对JVM性能影响非常大，不建议在线上服务器环境使用。

其他JVM性能调优参考资料：

《Java虚拟机规范》

《Java Performance》

《Trouble Shooting Guide for JavaSE 6 with HotSpot VM》: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tsg-vm-149989.pdf 

《Effective Java》

VisualVM: http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/visualvm/

jConsole: http://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/management/jconsole.html

Monitoring and Managing JavaSE 6 Applications: http://www.oracle.com/technetwork/articles/javase/monitoring-141801.html

BTrace：https://kenai.com/projects/btrace