深入理解JVM虚拟机9：JVM监控工具与诊断实践

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jvm优化必知系列——监控工具

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这是jvm优化系列第二篇：

jvm优化——垃圾回收

通过上一篇的jvm垃圾回收知识，我们了解了jvm对内存分配以及垃圾回收是怎么来处理的。理论是指导实践的工具，有了理论指导，定位问题的时候，知识和经验是关键基础，数据可以为我们提供依据。

在常见的线上问题时候，我们多数会遇到以下问题：

内存泄露

某个进程突然cpu飙升

线程死锁

响应变慢...等等其他问题。

如果遇到了以上这种问题，在线下可以有各种本地工具支持查看，但到线上了，就没有这么多的本地调试工具支持，我们该如何基于监控工具来进行定位问题?

我们一般会基于数据收集来定位，而数据的收集离不开监控工具的处理，比如：运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照、堆快照等。经常使用恰当的分析和监控工具可以加快我们的分析数据、定位解决问题的速度。以下我们将会详细介绍。

一、jvm常见监控工具&指令

1、 jps:jvm进程状况工具

jps [options] [hostid]

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：

-q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数 - l 输出main类或Jar的全限名 -m 输出传入main方法的参数 - v 输出传入JVM的参数

例如:

2、jstat: jvm统计信息监控工具

jstat 是用于见识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虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、jit编译等运行数据，它是线上定位jvm性能的首选工具。

命令格式:

jstat [ generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ] generalOption - 单个的常用的命令行选项，如-help, -options, 或 -version。 outputOptions -一个或多个输出选项，由单个的statOption选项组成，可以和-t, -h, and -J等选项配合使用。

参数选项：

Option

Displays

Ex

class

用于查看类加载情况的统计

jstat -class pid:显示加载class的数量，及所占空间等信息。

compiler

查看HotSpot中即时编译器编译情况的统计

jstat -compiler pid:显示VM实时编译的数量等信息。

gc

查看JVM中堆的垃圾收集情况的统计

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。

gccapacity

查看新生代、老生代及持久代的存储容量情况

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

gccause

查看垃圾收集的统计情况（这个和-gcutil选项一样），如果有发生垃圾收集，它还会显示最后一次及当前正在发生垃圾收集的原因。

jstat -gccause:显示gc原因

gcnew

查看新生代垃圾收集的情况

jstat -gcnew pid:new对象的信息

gcnewcapacity

用于查看新生代的存储容量情况

jstat -gcnewcapacity pid:new对象的信息及其占用量

gcold

用于查看老生代及持久代发生GC的情况

jstat -gcold pid:old对象的信息

gcoldcapacity

用于查看老生代的容量

jstat -gcoldcapacity pid:old对象的信息及其占用量

gcpermcapacity

用于查看持久代的容量

jstat -gcpermcapacity pid: perm对象的信息及其占用量

gcutil

查看新生代、老生代及持代垃圾收集的情况

jstat -util pid:统计gc信息统计

printcompilation

HotSpot编译方法的统计

jstat -printcompilation pid:当前VM执行的信息

例如:

查看gc 情况执行:jstat-gcutil 27777

3、jinfo： java配置信息

命令格式:

jinfo[option] pid

比如:获取一些当前进程的jvm运行和启动信息。

4、jmap: java 内存映射工具

jmap命令用于生产堆转存快照。打印出某个java进程（使用pid）内存内的，所有‘对象’的情况（如：产生那些对象，及其数量）。

命令格式：

jmap [ option ] pid jmap [ option ] executable core jmap [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP

参数选项：

-dump:[live,]format=b,file=<filename> 使用hprof二进制形式,输出jvm的heap内容到文件=. live子选项是可选的，假如指定live选项,那么只输出活的对象到文件. -finalizerinfo 打印正等候回收的对象的信息. -heap 打印heap的概要信息，GC使用的算法，heap的配置及wise heap的使用情况. -histo[:live] 打印每个class的实例数目,内存占用,类全名信息. VM的内部类名字开头会加上前缀”*”. 如果live子参数加上后,只统计活的对象数量. -permstat 打印classload和jvm heap长久层的信息. 包含每个classloader的名字,活泼性,地址,父classloader和加载的class数量. 另外,内部String的数量和占用内存数也会打印出来. -F 强迫.在pid没有相应的时候使用-dump或者-histo参数. 在这个模式下,live子参数无效. -h | -help 打印辅助信息 -J 传递参数给jmap启动的jvm.

例如：

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：

使用jmap -histo[:live] pid查看堆内存中的对象数目、大小统计直方图。

5、jhat:jvm堆快照分析工具

jhat 命令与jamp搭配使用，用来分析map生产的堆快存储快照。jhat内置了一个微型http/Html服务器，可以在浏览器找那个查看。不过建议尽量不用，既然有dumpt文件，可以从生产环境拉取下来，然后通过本地可视化工具来分析，这样既减轻了线上服务器压力，有可以分析的足够详尽(比如 MAT/jprofile/visualVm)等。

6、jstack:java堆栈跟踪工具

jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照是当前java虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的主要目的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等待等。

命令格式：

jstack [ option ] pid jstack [ option ] executable core jstack [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP

参数：

-F当’jstack [-l] pid’没有相应的时候强制打印栈信息 -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打印java和native c/c++框架的所有栈信息. -h | -help打印帮助信息 pid 需要被打印配置信息的java进程id,可以用jps查询.

后续的查找耗费最高cpu例子会用到。

二、可视化工具

对jvm监控的常见可视化工具，除了jdk本身提供的Jconsole和visualVm以外，还有第三方提供的jprofilter，perfino,Yourkit，Perf4j，JProbe，MAT等。这些工具都极大的丰富了我们定位以及优化jvm方式。

这些工具的使用，网上有很多教程提供，这里就不再过多介绍了。对于VisualVm来说，比较推荐使用，它除了对jvm的侵入性比较低以外，还是jdk团队自己开发的，相信以后功能会更加丰富和完善。jprofilter对于第三方监控工具，提供的功能和可视化最为完善，目前多数ide都支持其插件，对于上线前的调试以及性能调优可以配合使用。

另外对于线上dump的heap信息，应该尽量拉去到线下用于可视化工具来分析，这样分析更详细。如果对于一些紧急的问题，必须需要通过线上监控，可以采用 VisualVm的远程功能来进行，这需要使用tool.jar下的MAT功能。

三、应用

1、cpu飙升

在线上有时候某个时刻，可能会出现应用某个时刻突然cpu飙升的问题。对此我们应该熟悉一些指令，快速排查对应代码。

1.找到最耗CPU的进程

指令:top

2.找到该进程下最耗费cpu的线程

指令:top -Hp pid

3.转换进制

printf “%xn” 15332 // 转换16进制（转换后为0x3be4）

4.过滤指定线程，打印堆栈信息

指令: jstack pid |grep 'threadPid' -C5 --color jstack 13525 |grep '0x3be4' -C5 --color // 打印进程堆栈 并通过线程id，过滤得到线程堆栈信息。

可以看到是一个上报程序，占用过多cpu了（以上例子只为示例，本身耗费cpu并不高）

2、线程死锁

有时候部署场景会有线程死锁的问题发生，但又不常见。此时我们采用jstack查看下一下。比如说我们现在已经有一个线程死锁的程序，导致某些操作waiting中。

1.查找java进程id

指令:top 或者 jps

2.查看java进程的线程快照信息

指令：jstack -l pid

从输出信息可以看到，有一个线程死锁发生，并且指出了那行代码出现的。如此可以快速排查问题。

3、OOM内存泄露

java堆内的OOM异常是实际应用中常见的内存溢出异常。一般我们都是先通过内存映射分析工具（比如MAT）对dump出来的堆转存快照进行分析，确认内存中对象是否出现问题。

当然了出现OOM的原因有很多，并非是堆中申请资源不足一种情况。还有可能是申请太多资源没有释放，或者是频繁频繁申请，系统资源耗尽。针对这三种情况我需要一一排查。

OOM的三种情况:

1.申请资源（内存）过小，不够用。

2.申请资源太多，没有释放。

3.申请资源过多，资源耗尽。比如：线程过多，线程内存过大等。

1.排查申请申请资源问题。

指令:jmap -heap 11869

查看新生代，老生代堆内存的分配大小以及使用情况，看是否本身分配过小。

从上述排查，发现程序申请的内存没有问题。

2.排查gc

特别是fgc情况下，各个分代内存情况。

指令:jstat -gcutil 11938 1000 每秒输出一次gc的分代内存分配情况，以及gc时间

3.查找最费内存的对象

指令: jmap -histo:live 11869 | more

上述输出信息中，最大内存对象才161kb,属于正常范围。如果某个对象占用空间很大，比如超过了100Mb，应该着重分析，为何没有释放。

注意，上述指令:

jmap -histo:live 11869 | more 执行之后，会造成jvm强制执行一次fgc，在线上不推荐使用，可以采取dump内存快照，线下采用可视化工具进行分析，更加详尽。 jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 11869 或者采用线上运维工具，自动化处理，方便快速定位，遗失出错时间。

4.确认资源是否耗尽

pstree 查看进程线程数量

​netstat 查看网络连接数量

或者采用:

ll /proc/${PID}/fd | wc -l // 打开的句柄数

ll /proc/${PID}/task | wc -l （效果等同pstree -p | wc -l） //打开的线程数

以上就是一些常见的jvm命令应用。

一种工具的应用并非是万能钥匙，包治百病，问题的解决往往是需要多种工具的结合才能更好的定位问题，无论使用何种分析工具，最重要的是熟悉每种工具的优势和劣势。这样才能取长补短，配合使用。