JVM性能监控之命令行工具

一、简介

在JDK安装目录的 bin 文件夹下，除了提供有 javac 、java 这两个常用的编译和运行工具外，还提供了一系列命令行工具用于JVM的性能监控和故障诊断，常用的命令如下：

二、jps

jps（JVM Process Status Tool）用于列出正在运行的虚拟机进程的主类名称和LVMID（Local Virtual Machine Identifier，本地虚拟机唯一标识），这里得到的LVMID是进行后续其它查询的基础。示例如下：

C:/Users>jps
10848 Main
14560 Jps
7040 Launcher
11572
9492 DeadLockTest
7868 JConsole

可选参数有 -v ，用于输出虚拟机进程启动时的JVM参数。

三、jstat

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）用于监视虚拟机的运行状态。使用格式如下：

jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

其中 option 的所有可选值如下：

命令行中的 interval 表示监控的时间间隔，count 表示监控次数。示例如下：

jstat -gc 9492 3s 5 # 每3s输出一次，一共输出5次

输出信息中各个参数含义分别如下：

• S0C：survivor 0的容量大小，单位kB；
• S1C：survivor 1的容量大小，单位kB；
• S0U：survivor 0已使用的空间大小，单位kB；
• S1U：survivor 1已使用的空间大小，单位kB；
• EC：Eden区的容量大小，单位kB；
• EU：Eden区已使用的空间大小，单位kB；
• OC：老年代的容量大小，单位kB；
• OU：老年代已使用的空间大小，单位kB；
• MC：Metaspace容量大小，单位kB；
• MU：Metaspace已使用的空间大小，单位kB；
• CCSC：压缩类的空间大小，单位kB；
• CCSU：压缩类已使用的空间大小，单位kB；
• YGC：年轻代垃圾回收的次数；
• YGCT： 年轻代垃圾回收所消耗的时间；
• FGC：老年代垃圾回收的次数；
• FGCT：老年代垃圾回收所消耗的时间；
• GCT：垃圾回收所消耗的总时间。

以上是option为 -gc 时的输出结果，不同option的输出结果是不同的，所有输出结果及其参数解释可以参考官方文章： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jstat.html

四、jinfo

jinfo（Configuration Info for Java）的作用是实时查看和调整虚拟机的各项参数。使用格式如下：

jinfo [option] <pid>

其中 option 支持以下可选项：

• -flag name ：输出指定的虚拟机参数的值；
• -flag [+|-]name ：启用或禁用指定名称的虚拟机参数；
• -flag name=value ：设置虚拟机参数的值；
• -flags ：以键值对的方式输出JVM的相关属性；
• -sysprops：以键值对的方式输出Java相关的系统属性。

示例如下：

jinfo -flags 13604
jinfo -flag CMSInitiatingOccupancyFraction 13604

五、jmap

jmap（Memory Map for Java）命令主要用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件）。除此之外，它还可以用来查询finalize执行队列、Java堆和方法区的详细信息，如空间使用率、当前使用的收集器等。 使用格式如下：

jmap [option] <pid>

其中 option 支持以下可选项：

示例如下：

jmap -dump:format=b,file=test.bin 3260

六、jhat

jhat（JVM Heap Analysis Tool）命令主要用来分析jmap生成的堆转储快照。 假设我们有如下一段程序：

public class StackOverFlowTest {

    private static List<StackOverFlowTest> list = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        while (true) {
            list.add(new StackOverFlowTest());
            Thread.sleep(10); //因为只是演示，所以休眠一下，避免生成的堆转储文件过大，导致分析时间过长
        }
    }
}

其最终会抛出 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 异常，意味着在JVM堆上发生了内存溢出。在程序运行期间，我们可以使用上面的jmap命令生成堆转储快照，并使用jhat命令进行分析：

jhat命令最终的分析结果会以网页的方式进行提供，端口为7000，界面如下：

jhat分析的结果并不够直观，因此我们还可以借助第三方工具来分析堆转储快照，这里以JProfiler为例，该软件可以直接从官网下载并安装，安装完成后，点击 session 选项卡，并使用 Open Snapshot 打开jmap命令生成的堆转储快照：

之后程序会自动进行分析，分析结果如下：

通过以上可视化的统计结果，我们就可以很快定位到导致内存溢出的原因。

七、jstack

jstack（Stack Trace for Java）命令用于生成虚拟机的线程快照（一般称为threaddump或者javacore文件）。线程快照就是每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，线程快照可以用于定位线程长时间停顿的原因，如死锁、死循环和长时间挂起等。其使用格式如下：

 jstack -F [-m] [-l] <pid>

各选项的作用如下：

假设我们的程序中存在如下死锁：

public class DeadLockTest {

    private static final String a = "a";
    private static final String b = "b";

    public static void main(String[] args) {
        new DeadLockTest().deadlock();
    }

    private void deadlock() {
        new Thread(() -> {
            synchronized (a) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (b) {
                }
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            synchronized (b) {
                synchronized (a) {
                }
            }
        }).start();
    }
}

此时使用jstack分析就能很快的定位到问题所在，示例如下：

jstack 8112

输出结果如下：

从输出中结果中可以看出，出现了一个死锁，该死锁由线程Thread-0和Thread-1导致，原因是Thread-0锁住了对象 <0x00000000d6d8d610> ，并尝试获取 <0x00000000d6d8d640> 对象的锁；但是Thread-0却恰恰相反，锁住了对象 <0x00000000d6d8d640> ，并尝试获取 <0x00000000d6d8d610> 对象的锁，由此导致死锁。

参考资料

• 主要参考自：周志明.深入理解Java虚拟机（第3版）.机械工业出版社, 2019-12 ，想要深入了解虚拟机的话，推荐阅读原书。
• 官方文档：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/s11-troubleshooting_tools.html#sthref327