JVM性能调优监控工具jps、jstack、jmap、jhat、jstat使用详解（转VIII）

JVM本身就是一个java进程，一个java程序运行在一个jvm进程中。多个java程序同时运行就会有多个jvm进程。一个jvm进程有多个线程至少有一个gc线程和一个用户线程。

JDK本身提供了很多方便的JVM性能调优监控工具，除了集成式的VisualVM和jConsole外，还有jps、jstack、jmap、jhat、jstat等小巧的工具，本博客希望能起抛砖引玉之用，让大家能开始对JVM性能调优的常用工具有所了解。

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。

A、 jps(JavaVirtual 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：

`1`	`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：

`1`	`-q 不输出类名、Jar名和传入main方法的参数`

`2`	`-m 输出传入main方法的参数`

`3`	`-l 输出main类或Jar的全限名`

`4`	`-v` `输出传入JVM的参数`

比如下面：

`1`	`root@ubuntu:/# jps -m -l`

`2`	`2458 org.artifactory.standalone.main.Main /usr/local/artifactory-2.2.5/etc/jetty.xml`

`3`	`29920 com.sun.tools.hat.Main -port 9998 /tmp/dump.dat`

`4`	`3149 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start`

`5`	`30972 sun.tools.jps.Jps -m -l`

`6`	`8247 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start`

`7`	`25687 com.sun.tools.hat.Main -port 9999 dump.dat`

`8`	`21711 mrf-center.jar`

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：

`1`	`jstack [option] pid`

`2`	`jstack [option] executable core`

`3`	`jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip`

命令行参数选项说明如下：

`1`	`-l long listings，会打印出额外的锁信息，在发生死锁时可以用jstack -l pid来观察锁持有情况`

`2`	`-m mixed mode，不仅会输出Java堆栈信息，还会输出C/C++堆栈信息（比如Native方法）`

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：

`1`	`root@ubuntu:/# ps -ef \| grep mrf-center \| grep -v grep`

`2`	`root 21711 1 1 14:47 pts/3 00:02:10 java -jar mrf-center.jar`

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

`1`	`printf` `"%x\n"` `21742`

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：

`1`	`root@ubuntu:/# jstack 21711 \| grep 54ee`

`2`	`"PollIntervalRetrySchedulerThread"` `prio=10 tid=0x00007f950043e000 nid=0x54ee` `in` `Object.wait() [0x00007f94c6eda000]`

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：

`01`	`// Idle wait`

`02`	`getLog().info("Thread ["` `+ getName() +` `"] is idle waiting...");`

`03`	`schedulerThreadState = PollTaskSchedulerThreadState.IdleWaiting;`

`04`	`long` `now = System.currentTimeMillis();`

`05`	`long` `waitTime = now + getIdleWaitTime();`

`06`	`long` `timeUntilContinue = waitTime - now;`

`07`	`synchronized(sigLock) {`

08 try {

`09`	`if(!halted.get()) {`

`10`	`sigLock.wait(timeUntilContinue);`

11 }

12 }

`13`	`catch` `(InterruptedException ignore) {`

14 }

15 }

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：

`1`	`jmap [option] pid`

`2`	`jmap [option] executable core`

`3`	`jmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-ip`

如果运行在64位JVM上，可能需要指定-J-d64命令选项参数。

`1`	`jmap -permstat pid`

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：

`01`	`root@ubuntu:/# jmap -heap 21711`

`02`	`Attaching to process ID 21711, please wait...`

`03`	`Debugger attached successfully.`

`04`	`Server compiler detected.`

`05`	`JVM version is 20.10-b01`

06

`07`	`using thread-local` `object allocation.`

`08`	`Parallel GC with 4 thread(s)`

09

`10`	`Heap Configuration:`

`11`	`MinHeapFreeRatio = 40`

`12`	`MaxHeapFreeRatio = 70`

`13`	`MaxHeapSize = 2067791872 (1972.0MB)`

`14`	`NewSize = 1310720 (1.25MB)`

`15`	`MaxNewSize = 17592186044415 MB`

`16`	`OldSize = 5439488 (5.1875MB)`

`17`	`NewRatio = 2`

`18`	`SurvivorRatio = 8`

`19`	`PermSize = 21757952 (20.75MB)`

`20`	`MaxPermSize = 85983232 (82.0MB)`

21

`22`	`Heap Usage:`

`23`	`PS Young Generation`

`24`	`Eden Space:`

`25`	`capacity = 6422528 (6.125MB)`

`26`	`used = 5445552 (5.1932830810546875MB)`

`27`	`free` `= 976976 (0.9317169189453125MB)`

`28`	`84.78829520089286% used`

`29`	`From Space:`

`30`	`capacity = 131072 (0.125MB)`

`31`	`used = 98304 (0.09375MB)`

`32`	`free` `= 32768 (0.03125MB)`

`33`	`75.0% used`

`34`	`To Space:`

`35`	`capacity = 131072 (0.125MB)`

`36`	`used = 0 (0.0MB)`

`37`	`free` `= 131072 (0.125MB)`

`38`	`0.0% used`

`39`	`PS Old Generation`

`40`	`capacity = 35258368 (33.625MB)`

`41`	`used = 4119544 (3.9287033081054688MB)`

`42`	`free` `= 31138824 (29.69629669189453MB)`

`43`	`11.683876009235595% used`

`44`	`PS Perm Generation`

`45`	`capacity = 52428800 (50.0MB)`

`46`	`used = 26075168 (24.867218017578125MB)`

`47`	`free` `= 26353632 (25.132781982421875MB)`

`48`	`49.73443603515625% used`

49 ....

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：

`01`	`root@ubuntu:/# jmap -histo:live 21711 \| more`

02

`03`	`num` `#instances #bytes class name`

`04`	`----------------------------------------------`

`05`	`1: 38445 5597736 <constMethodKlass>`

`06`	`2: 38445 5237288 <methodKlass>`

`07`	`3: 3500 3749504 <constantPoolKlass>`

`08`	`4: 60858 3242600 <symbolKlass>`

`09`	`5: 3500 2715264 <instanceKlassKlass>`

`10`	`6: 2796 2131424 <constantPoolCacheKlass>`

`11`	`7: 5543 1317400 [I`

`12`	`8: 13714 1010768 [C`

`13`	`9: 4752 1003344 [B`

`14`	`10: 1225 639656 <methodDataKlass>`

`15`	`11: 14194 454208 java.lang.String`

`16`	`12: 3809 396136 java.lang.Class`

`17`	`13: 4979 311952 [S`

`18`	`14: 5598 287064 [[I`

`19`	`15: 3028 266464 java.lang.reflect.Method`

`20`	`16: 280 163520 <objArrayKlassKlass>`

`21`	`17: 4355 139360 java.util.HashMap$Entry`

`22`	`18: 1869 138568 [Ljava.util.HashMap$Entry;`

`23`	`19: 2443 97720 java.util.LinkedHashMap$Entry`

`24`	`20: 2072 82880 java.lang.ref.SoftReference`

`25`	`21: 1807 71528 [Ljava.lang.Object;`

`26`	`22: 2206 70592 java.lang.ref.WeakReference`

`27`	`23: 934 52304 java.util.LinkedHashMap`

`28`	`24: 871 48776 java.beans.MethodDescriptor`

`29`	`25: 1442 46144 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry`

`30`	`26: 804 38592 java.util.HashMap`

`31`	`27: 948 37920 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment`

`32`	`28: 1621 35696 [Ljava.lang.Class;`

`33`	`29: 1313 34880 [Ljava.lang.String;`

`34`	`30: 1396 33504 java.util.LinkedList$Entry`

`35`	`31: 462 33264 java.lang.reflect.Field`

`36`	`32: 1024 32768 java.util.Hashtable$Entry`

`37`	`33: 948 31440 [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry;`

class name是对象类型，说明如下：

1 B byte

2 C char

`3`	`D double`

4 F float

5 I int

6 J long

`7`	`Z boolean`

`8`	`[ 数组，如[I表示int[]`

`9`	`[L+类名其他对象`

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：

`1`	`jmap -dump:format=b,file=dumpFileName`

我一样地对上面进程ID为21711进行Dump：

`1`	`root@ubuntu:/# jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 21711`

`2`	`Dumping heap to /tmp/dump.dat ...`

`3`	`Heap dump` `file` `created`

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

`01`	`root@ubuntu:/# jhat -port 9998 /tmp/dump.dat`

`02`	`Reading from /tmp/dump.dat...`

`03`	`Dump` `file` `created Tue Jan 28 17:46:14 CST 2014`

`04`	`Snapshot` `read, resolving...`

`05`	`Resolving 132207 objects...`

`06`	`Chasing references, expect 26 dots..........................`

`07`	`Eliminating duplicate references..........................`

`08`	`Snapshot resolved.`

`09`	`Started HTTP server on port 9998`

`10`	`Server is ready.`

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：

`1`	`jstat [ generalOption \| outputOptions vmid [interval[s\|ms] [count]] ]`

vmid是虚拟机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：

`1`	`root@ubuntu:/# jstat -gc 21711 250 4`

`2`	`S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU PC PU YGC YGCT FGC FGCT GCT`

`3`	`192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1854.9 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649`

`4`	`192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649`

`5`	`192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 1972.2 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649`

`6`	`192.0 192.0 64.0 0.0 6144.0 2109.7 32000.0 4111.6 55296.0 25472.7 702 0.431 3 0.218 0.649`

要明白上面各列的意义，先看JVM堆内存布局：

可以看出：

`1`	`堆内存 = 年轻代 + 年老代 + 永久代`

`2`	`年轻代 = Eden区 + 两个Survivor区（From和To）`

现在来解释各列含义：

`1`	`S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1区容量（Capacity）和使用量（Used）`

`2`	`EC、EU：Eden区容量和使用量`

`3`	`OC、OU：年老代容量和使用量`

`4`	`PC、PU：永久代容量和使用量`

`5`	`YGC、YGT：年轻代GC次数和GC耗时`

`6`	`FGC、FGCT：Full GC次数和Full GC耗时`

`7`	`GCT：GC总耗时`

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