1.工欲善其事：JDK提供的工具

  • Java试题

JVM调优的常见命令行工具描述正确的有：

A.jstat可以实时显示本地或远程JVM进程中类加载、内存、垃圾收集、JIT编译等数据

B.jmap用于查询当前运行的JVM属性和参数的值

C.jstack用于生成当前JVM的所有线程快照

D.jps命令用于查询正在运行的JVM进程

  • 试题解读

这道题考察JDK自带命令行工具的理解，这些工具用于性能调优、疑难问题定位。

在生产环境定位时，要求定位/调优工具自身具备极高的性能，否则会对本来就有问题的生产环境产生干扰。

JDK自带的命令行工具以其的高性能、实用性，成为实战中必须掌握的工具，是Java程序猿的调优武器库。

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2.总览

2.1.主流工具概览

目前，主流的Java性能监控与调优工具如下图所示：

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这些工具主要分为两个流派：“命令行流派"与"可视化流派”

  • **命令行流派：**强调实用性。体积小、资源消耗小，适用于生产环境的问题定位与调优。
  • **可视化流派：**强调颜值即正义。可视化图表、一目了然，适用于开发环境上复现、定位问题。

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这两种流派各有适用的场景，辩证统一，所以还是那句话：“成年人不做选择，两样我都要”。

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说明1：本文仅讲解命令行流派的工具，笔者在后续文章中再探讨可视化流派工具。
说明2：不能简单地将Arthas看作工具，后续开专题探讨。

2.2.理解命令行工具的内在逻辑

对于这些命令行工具，有一种观点：没有必要记下来，用到的时候再查资料。

因为这些命令行工具比较多，每个命令行也有很多参数，记下来是一件枯燥的事。

但，这个观点成立有一个前提：我们必须理解这些命令行工具的内在逻辑：

  • **逻辑1：**这些命令行工具的关系是什么？
  • **逻辑2：**每个工具解决什么问题？
  • **逻辑3：**每个工具的参数集合分哪几类？

如果没有理解上述内在逻辑，需要用的时候再查资料也很难入手。

对于逻辑1：这些命令行工具的关系，笔者提供一种基于实战问题定位的场景的理解方式：

  • **STEP1.进程监控：**首先，找到生产环境中待定位的Java进程。
  • **STEP2.配置查询：**进一步，查看此Java进程的JVM配置。
  • **STEP3.JVM状态监控与初步分析：**再进一步，查看此Java进程的内存、线程、JIT的整体情况。
  • STEP4.内存监控与分析：如果STEP3发现了可能的内存问题，就深入分析内存。
  • **STEP5.线程监控与分析：**如果STEP3发现了可能的线程问题，就深入分析线程。

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2.3.进阶的方法

  • **命令行手册：**我们可以通过官方的命令行手册，深入学习它们。

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  • **工具源码：**通过这些命令行工具的源码，可以更深入地理解JVM状态监控的原理和API。
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https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk11/file/1ddf9a99e4ad/src/jdk.jcmd/share/classes/sun/tools

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3.进程监控-jps

3.1.解决什么问题

jps用来显示指定系统内所有正在运行的HotSpot虚拟机进程信息。

3.2.参数

  • jps的参数格式如下：
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jps [options] [hostid]

我们可以通过几个实际的例子，快速理解[options]

  • **例子：**jps

  • **例子：**jps -q

  • **例子：**jps -lmv

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我们可以发现，无论怎样的options，一定会显示JVM identifiers，不同的options只是在JVM identifiers的基础上显示更多的额外信息。

了解到这个程度，实战中如有需要，可以再进一步查看命令行手册：

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/jps.html#CHDCGECD

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4.配置查询-jinfo

4.1.解决什么问题

jinfo用来查看JVM虚拟机参数，同时可以修改部分JVM虚拟机参数。

4.2.参数

  • jinfo的参数格式如下：
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jinfo [ option ] pid

我们可以通过几个实际的例子，快速理解[options]

  • **例子：**jinfo <pid>——查看此JVM进程所有的配置

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  • **例子：**jinfo -sysprops <pid>——等价于查看System.getProperties()

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  • **例子：**jinfo -flags <pid>——查看所有参数

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  • **例子：**jinfo -flags <参数名> <pid>——查看某个参数的值

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我们可以发现：

  • JVM进程的配置分为两类：系统环境变量和JVM参数，jinfo的参数用来输出上述两类配置。
  • jinfo支持输出所有的配置值，也可以输出某一个指定参数的值。

了解到这个程度，实战中如有需要，可以再进一步查看命令行手册：

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/jinfo.html#BCGEBFDD

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5.JVM状态监控与初步分析-jstat

5.1.解决什么问题

jstat可以输出JVM的各类状态(类加载、内存、GC、JIT)。

初步定位的时候，就是通过上述状态，找到诸如内存泄露、线程死锁等问题的蛛丝马迹。

5.2.参数

  • jstat的参数格式如下：
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jstat [ generalOption | outputOptions vmid [ interval[s|ms] [ count ] ]
  • **例子：**jstat -class -t -h3 1000 5——采集类加载信息(每1000ms采样一次，采集5次，每3行打印1次表头)。

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  • **例子：**jstat -compiler -t -h3 1000 5——采集JIT信息(每1000ms采样一次，采集5次，每3行打印1次表头)。

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  • **例子：**jstat -printcompilation -t -h3 1000 5——采集已经被JIT编译过的方法(每1000ms采样一次，采集5次，每3行打印1次表头)。

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  • **例子：**jstat -gc -t -h3 1000 5——采集GC的情况(每1000ms采样一次，采集5次，每3行打印1次表头)。

  • **例子：**jstat -gccapacity -t -h3 1000 5

  • **例子：**jstat -gcutil -t -h3 1000 5

  • **例子：**jstat -gccause -t -h3 1000 5

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我们可以发现：

  • 采样相关的参数：-t(Timestamp列，单位s) 、-h(周期性的增加表头)、interval(采样周期，单位ms)、count(采集次数)
  • 类加载相关的参数：-class，显示ClassLoader信息，如：类加载数量、类卸载数量、总空间、类装载消耗的时间。
  • JIT相关的参数：-compiler(显示JIT编译过的方法、耗时)、-printcompilation(输出已经被JIT编译的方法)
  • **垃圾回收相关的参数：**gcXxx，例如：-gc：显示GC相关的堆信息。包括Eden、两个Survivor区、老年代、永久代等的容量、已用空间、GC时间合计等信息。

在此展开看一下垃圾回收相关参数输出的Gc信息，我们可以发现无论哪个gcXxx参数，都会输出如下信息：

  • 新生代相关
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S0C：第1个幸存者区的大小(字节)
S1C：第2个幸存者区的大小(字节)
S0U：第1个幸存者区的已使用大小(字节)
S1U：第2个幸存者区的已使用大小(字节)
EC：Eden区的大小(字节)
EU：Eden区的已使用大小(字节)
  • 老年代相关
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OC：老年代的大小(字节)
OU：老年代的已使用大小(字节)
  • 方法区相关
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MC：方法区的大小
MU：方法区的已使用大小
CCSC：压缩类空间的大小
CCSU：压缩类空间的已使用大小
  • GC相关——如果发现两行之间的GC时间占总时间过长或者内存占用不断增加，说明可能有内存问题。
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YGC：从app启动到采样时，发生的YGC次数
YGCT：从app启动到采样时，发生的YGC的消耗时间(秒)
FGC：从app启动到采样时，发生的FullGC次数
FGTC：从app启动到采样时，发生的FullGC的消耗时间(秒)
GCT：从app启动到采样时，发生的GC的总时间(秒)

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了解到这个程度，实战中如有需要，可以再进一步查看命令行手册：

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/jstat.html#BEHHGFAE

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6.内存监控与分析-jmap/jhat

6.1.解决什么问题

  • jmap可以将内存信息导出为dump文件(也叫做堆转储快照文件)。
    • 当用jstat初步定位发现疑似内存泄露时，就可以通过jmap将内存快照导出出来，进一步定位。
  • jhat可以导入jmap导出的内存快照文件，进行相对可视化的查看。
    • jhat内置了一个微型的http服务器，用于查看dump文件的分析结果。
    • JDK11已经删除了jhat，官方推荐用VisualVM替代。

6.2.参数

  • jmap的参数格式如下：
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jmap [option] <pid>
  • **例子：**jmap -dump:format=b,file=<filepath.hprof> ——手动导出某个时间点的内存快照，会触发1次FullGC，dump文件中会保存FullGC后留下的对象信息，对于大内存镜像会比较耗时。
  • **例子：**java -jar xxx.jar -Xmx100m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=<filepath.hprof>——当待定位的系统发生OOM的时候出现闪退时，此时会自动导出dump文件。

当然，如何分析dump文件是一个更大的话题，后续再展开。仅针对jmap命令行了解到这个程度，实战中如有需要，可以再进一步查看命令行手册：

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/jmap.html#CEGCECJB

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7.线程监控与分析-jstack

7.1.解决什么问题

jstack可以生成虚拟机指定进程当前时刻的线程快照，用于定位线程长时间停顿的原因。

7.2.参数

  • jstack的参数格式如下：
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jstack <pid>
  • **例子：**jstack ——如果程序中有线程死锁，会在dump文件中体现出来。

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了解到这个程度，实战中如有需要，可以再进一步查看命令行手册：

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/jstack.html#BABGJDIF

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8.总结

本文主要内容：

  • JVM性能监控与调优的工具有两种流派：命令行工具、可视化工具。
  • 学习命令行工具集的内在逻辑：工具间的关系、每个工具解决的问题、每个工具的参数分类。
  • 进程监控工具：jps
  • 配置查询工具：jinfo
  • JVM状态监控工具：jstat
  • 内存监控与分析工具：jmap、jhat(jdk11用VisualVM替代)
  • 线程监控与分析工具：jstack

9.参考文献

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/