一文带你读懂JDK源码：JVM常用性能监控指令

后台技术汇

发布于 2022-05-28 12:28:28

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发布于 2022-05-28 12:28:28

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我们日常给系统定位问题，依据的是系统运行时的各项指标数据和工具，数据包括了：运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照、堆转储快照等；而工具则包括了：监视虚拟机和故障处理的工具。

这些故障处理工具是Sun公司赠与我们开发者的独特“礼物”，它们功能强大且稳定，帮助我们更好的处理应用程序性能问题和定位故障。

下文主要介绍了6个常用的监控工具：

jps ：JVM Process Status Tool，一款用于查看java进程的工具 - 查看当前环境下运行的java服务的进程id和名称
jstat ：JVM Statistics Monitoring，一款用于监视虚拟机各种运行状态统计信息工具。
jinfo ：Configuration Info For Java，一款用于实时查看和修改JVM参数的工具。
jmap ：Memory Map for Java，一款用于生成堆转储快照即dump文件的命令。
jhat ：JVM Heap Analysis Tool，一款用来分析dump文件的工具。
jstack ：Stack Trace for Java，一款用于生成当前时刻的线程状态信息的快照工具。

winter

开讲前，我们先回顾下JVM的基本结构。根据《Java虚拟机规范（Java SE 7版）》。Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域：

程序计数器（Program Counter Register）：当前线程执行的字节码指示器
Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：Java方法执行的内存模型，每个方法会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
本地方法栈（Native Method Stack）：（虚拟机使用到的）本地方法执行的内存模型。
Java堆（Java Heap）：虚拟机启动时创建的内存区域，唯一目的是存放对象实例，处于逻辑连续但物理不连续内存空间中。
方法区（Method Area）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，存放编译器生成的各种字面值和符号引用。

JVM进程工具：jps

jps 工具：JVM Process Status Tool，一款用于查看java进程的工具。功能是查看当前环境下运行的java服务的进程id和名称，一般其他命令使用前都会先使用jps命令获取java进程信息。

指令格式：jps [options] [hostid]

[options]的参考列表：

代码demo：

  /**
   * <p>
   * jps 指令 启动参数：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * </p>
   */
  private static void testJPS() throws InterruptedException {
    ArrayList<Integer> objects = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      Thread.sleep(100);
    }
  }

指令执行：jps -l

JVM状态工具：jstat

jstat 工具：可以进一步对该 JVM 的各种运行状态信息进行捕获（显示本地或者远程JVM的类装载、内存、垃圾收集JIT编译等数据）。

指令格式：jstat [options] [hostid] [gap-扫描间隔]

[options] 的参考列表：

代码demo：

  /**
   * <p>
   * jstat 指令
   * 案例：
   * 启动参数：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * 内存最终溢出OOM，此时通过jstat可以观察到进行了8次YGC，1次FGC
   * </p>
   */
  private static void testJSTAT() throws InterruptedException {
    ArrayList<Integer> objects = new ArrayList<>();
    ArrayList<Integer> objects2 = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      objects2.addAll(objects);
      if (i > 830) {
        Thread.sleep(100);
      }
    }
  }

指令执行：jstat -gc 19345 3550 （每隔3550ms扫描一次内存使用情况，内存最终溢出OOM，此时通过jstat可以观察到进行了8次YGC，1次FGC）

结果分析：注意：C表示Capacity(容量)，U表示Used(已使用大小)

序号	字段	含义
1	S0C	第一个幸存区的大小
2	S0C	第一个幸存区的大小
3	S0U	第二个幸存区的使用大小
4	S1U	第二个幸存区的已使用大小
5	EC	Eden区的大小
6	EU	Eden区的已使用大小
7	OC	老年代的大小
8	OU	老年代已使用大小
9	MC	方法区大小
10	MU	方法区使用大小
11	CCSC	压缩类空间大小
12	CCSU	压缩类空间使用大小
13	YGC	年轻代垃圾回收次数
14	YGCT	年轻代垃圾回收消耗时间
15	FGC	老年代垃圾回收次数
16	FGCT	老年代垃圾回收消耗时间
17	GCT	垃圾回收消耗总时间

JVM参数配置工具：jinfo

jinfo 工具：可以实时查看和调整虚拟机的各项参数。

指令格式：

jinfo -flag name [PID]: 查看某个java进程的name属性的值 jinfo -flags [PID]: 查看已经赋值的JVM参数

代码demo：

  /**
   * <p>
   * jinfo 指令
   * 可以实时查看和调整虚拟机的各项参数
   * 配置：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * 案例：
   * </p>
   */
  private static void testJINFO() throws InterruptedException {
    ArrayList<Integer> objects = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      Thread.sleep(100);
    }
  }

指令执行：jinfo -flag

JVM内存映像工具：jmap

jmap 指令：用于生成堆转储快照（又叫 heapdump 或 dump 文件）。

指令格式：

jmap -heap [PID] //打印出堆内存相关信息

jmap -dump:format=b,file=/usr/heap.hprof [PID] //生成dump文件

通用配置：-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

一旦发生OutOfMemoryError之后就会自动生成dump文件。

代码demo：

  /**
   * <p>
   * jmap 指令
   * 获取dump文件，还能查询 finalize 执行队列、Java 堆和永久代的信息（空间使用率&GC收集器等）
   * 配置：-Xms5m -Xmx5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
   * </p>
   */
  private static void testJMAP() throws InterruptedException {
    ArrayList<Integer> objects = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
      Integer integer = new Integer(i);
      objects.add(integer);
      System.out.println("sleeping.. i = " + i);
      Thread.sleep(100);
    }
  }

指令执行：jmap -dump:format=b,file=testjmap.bin 20136

生成文件默认位置：

JVM堆转储快照分析工具：jhat

jhat 指令：与 jmap 搭配使用，用来分析 jmap 生成的堆转储快照。

指令格式： jhat [filename]

指令执行：jhat testjmap.bin

JVM堆栈跟踪工具：jstack

jstack 指令：用于生成虚拟机的线程快照（又叫threaddum 或者 javacore 文件）。

指令格式：jstack [options] [PID]

指令执行：jstack -l 20024

JDK可视化工具JConsole

JConsole：Java Monitoring and Management Console，是一款JDK自带的可视化监控工具。

通过 jconsole 可以查看java应用程序的运行概况、监控堆信息、永久区使用情况、类加载情况等信息。

步骤1、选择监控的JVM进程

步骤2、通过控制台的各个tab可以查看进程的详情（JVM概览 / 内存分区使用情况等）

案例1：通过可视化工具，监控内存使用情况


  /**
   *  JConsole 可视化监控
   *  启动配置：-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC
   *  -Dcom.sun.management.jmxremote  -Dcom.sun.management.jmxremote.port=8077
   *  -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
   *  案例：
   *    每50ms一次往Java堆填充64Kb数据，一共1000次
   */
  private static void testJCONSOLE() throws InterruptedException {
    ArrayList<OOMObject> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 1000; i++){
      //延时一段时间，让监控曲线变得明显。
      Thread.sleep(50);
      list.add(new OOMObject());
    }
    System.gc();
  }

  /**
   * 内存占位符对象，一个对象 64KB
   */
  static class OOMObject{
    public byte[] placeholder = new byte[64*1024];
  }

JVM内存分析：程序每50ms一次往Java堆填充64Kb数据，一共1000次，同时因为Eden区超出阈值会触发YoungGC，导致Eden的大小呈高低波浪变化。

案例2：通过可视化工具，完成死锁问题的定位

  /**
   * <p>
   *    案例：死锁演示
   * </p>
   */
  private static void testJCONSOLE_DeadLock() {
    for (int i = 0; i <100; i++){
      new Thread(new SynAddRunnable(1,2)).start();
      new Thread(new SynAddRunnable(2,1)).start();
    }
  }
  /**
   * <p>
   *     线程死锁等待演示
   * </p>
   */
  static class SynAddRunnable implements Runnable{
    int a,b;
    public SynAddRunnable(final int a, final int b) {
      this.a = a;
      this.b = b;
    }
    @Override
    public void run() {
      synchronized (Integer.valueOf(a)){
        synchronized (Integer.valueOf(b)){
          System.out.println(a + b);
        }
      }
    }
  }

JVM内存分析：Thread-1 与 Thread-2 两个线程由于互相资源等待，所以导致了死锁。