jvm 性能分析

VM本身提供了一组管理的API，通过该API，我们可以获取得到JVM内部主要运行信息，包括内存各代的数据、JVM当前所有线程及其栈相关信息等等。各种JDK自带的剖析工具，包括jps、jstack、jinfo、jstat、jmap、jconsole等，都是基于此API开发的。本篇对这部分内容进行一个详细的说明。

参考：http://java.sun.com/javase/6/docs/api/java/lang/management/package-summary.html

一、Management API
      
我们先看一下从Sun JVM我们可以获取到哪些信息，如下图（来自于JConsole的MBean部分的截图）：
       
     
1．HotSpotDiagnostic：非标准的监控JMX，这块是Sun JVM自带的，主要提供了两个功能

• 修改JVM的启动参数（譬如在不需要重启的情况下设置-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数使得JVM内存不足的时候自动dump出堆空间到文件提供后续分析）
• Dump堆信息到文件，可以猜测jmap工具是基于此功能来完成的

我们通过com.sun.management.HotSpotDiagnosticMXBean定义了解其主要功能

Java代码  

1. public interface HotSpotDiagnosticMXBean
2. {
3. void dumpHeap(String s, boolean flag) throws IOException;
4. List getDiagnosticOptions();
5. VMOption getVMOption(String s);
6. void setVMOption(String s, String s1);
7. }

2．ClassLoading：加载的类的总体信息，我们可以通过此MBean获取到JVM加载的类定义的总体信息，可以猜测JConsole的类功能就是通过此MBean来提供的。我们可以通过java.lang.management.ClassLoadingMXBean定义了解其提供的主要功能

Java代码  

1. public interface ClassLoadingMXBean {
2. public long getTotalLoadedClassCount();
3. public int getLoadedClassCount();
4. public long getUnloadedClassCount();
5. public boolean isVerbose();
6. public void setVerbose(boolean value);
7. }

3.Compilation：提供JVM的JIT(Just In Time)编译器(将bytecode编译成native
code)的信息，我们可以通过java.lang.management.CompilationMXBean定义了解其提供的主要功能

Java代码  

1. public interface CompilationMXBean {
2. public java.lang.String    getName();
3. public boolean isCompilationTimeMonitoringSupported();
4. public long                getTotalCompilationTime();
5. }

4.GarbageCollector：垃圾回收器信息，譬如在如上图中，我们启动的JVM会包含一个Copy垃圾回收器(用于Young
Gen垃圾回收)和一个MarkAndSweep垃圾回收器(用于Tenured
Gen垃圾回收)。我们可以通过java.lang.management.GarbageCollectorMXBean定义了解其提供的主要功能

Java代码  

1. public interface GarbageCollectorMXBean extends MemoryManagerMXBean {
2. public long getCollectionCount();
3. public long getCollectionTime();
4. }

java.lang.management.MemoryManagerMXBean定义是

Java代码  

1. public interface MemoryManagerMXBean {
2. public String getName();
3. public boolean isValid();
4. public String[] getMemoryPoolNames();
5. }

除了如上信息，Sun
JVM在实现上还提供了一个额外的信息LastGCInfo，见com.sun.management.GarbageCollectorMXBean定义

Java代码  

1. public interface GarbageCollectorMXBean
2. extends java.lang.management.GarbageCollectorMXBean
3. {
4. GcInfo getLastGcInfo();
5. }

我们可以通过下面的截图了解GcInfo包含的主要信息
    
     
其中java.lang.management.MemoryUsage后续可以看说明
     
5.内存相关
     
可以猜测，JConsole的内存部分的功能都是通过此部分的相关Bean来完成的。
     
1)Memory/MemoryManager：内存块相关信息，通过这MBean我们可以获取到内存的总体信息，并可以通过提供的gc操作进行强制gc的功能(System.gc())。我们可以通过java.lang.management.MemoryMXBean和java.lang.management.MemoryManagerMXBean了解其主要提供的功能

Java代码  

1. public interface MemoryMXBean {
2. public int getObjectPendingFinalizationCount();
3. public MemoryUsage getHeapMemoryUsage();
4. public MemoryUsage getNonHeapMemoryUsage();
5. public boolean isVerbose();
6. public void setVerbose(boolean value);
7. public void gc();
8. }

其中java.lang.management.MemoryUsage我们可以通过下图来了解其提供的主要信息

Java代码  

1. public interface MemoryManagerMXBean {
2. public String getName();
3. public boolean isValid();
4. public String[] getMemoryPoolNames();
5. }

2)MemoryPool：通过该MBean可以了解JVM各内存块的信息，譬如对于Sun JVM，目前包括Eden
Space、Suvivor Space、Tenured Gen、CodeCache、Perm
Gen，可以猜测JConsole的内存监控功能就是通过此MBean来做到的。我们可以通过java.lang.management.MemoryPoolMXBean了解其主要提供的功能

Java代码  

1. public interface MemoryPoolMXBean {
2. public String getName();
3. public MemoryType getType();
4. public MemoryUsage getUsage();
5. public MemoryUsage getPeakUsage();
6. public void resetPeakUsage();
7. public boolean isValid();
8. public String[] getMemoryManagerNames();
9. public long getUsageThreshold();
10. public void setUsageThreshold(long threshold);
11. public boolean isUsageThresholdExceeded();
12. public long getUsageThresholdCount();
13. public boolean isUsageThresholdSupported();
14. public long getCollectionUsageThreshold();
15. public void setCollectionUsageThreshold(long threhsold);
16. public boolean isCollectionUsageThresholdExceeded();
17. public long getCollectionUsageThresholdCount();
18. public MemoryUsage getCollectionUsage();
19. public boolean isCollectionUsageThresholdSupported();
20. }

6.系统运行信息
    
1）OperatingSystem：通过该MBean我们可以了解到JVM所运行在的操作系统上的一些相关信息，通过java.lang.management.OperatingSystemMXBean定义我们可以了解到其主要提供的功能

Java代码  

1. public interface OperatingSystemMXBean {
2. public String getName();
3. public String getArch();
4. public String getVersion();
5. public int getAvailableProcessors();
6. public double getSystemLoadAverage();
7. }

SunJVM在此基础上提供更多的一些信息，可以通过com.sun.management.OperatingSystemMXBean了解一些额外可以获取到的信息

Java代码  

1. public interface OperatingSystemMXBean
2. extends java.lang.management.OperatingSystemMXBean
3. {
4. long getCommittedVirtualMemorySize();
5. long getTotalSwapSpaceSize();
6. long getFreeSwapSpaceSize();
7. long getProcessCpuTime();
8. long getFreePhysicalMemorySize();
9. long getTotalPhysicalMemorySize();
10. }

2）Runtime：通过该MBean获取获取到JVM一些相关的信息，通过java.lang.management.RuntimeMXBean可以了解其主要提供的功能

Java代码  

1. public interface RuntimeMXBean {
2. public String getName();
3. public String getVmName();
4. public String getVmVendor();
5. public String getVmVersion();
6. public String getSpecName();
7. public String getSpecVendor();
8. public String getSpecVersion();
9. public String getManagementSpecVersion();
10. public String getClassPath();
11. public String getLibraryPath();
12. public boolean isBootClassPathSupported();
13. public String getBootClassPath();
14. public java.util.List<String> getInputArguments();
15. public long getUptime();
16. public long getStartTime();
17. public java.util.Map<String, String> getSystemProperties();
18. }

可以通过RuntimeMXBean.getUptime()和OperatingSystemMXBean.
getProcessCpuTime()来计算JVM占用的系统CPU比例的情况，JConsole的CPU视图就是通过这种方式计算的。

7.Threading：可以通过该MBean获取线程信息，包括线程状态、执行栈等。可以通过java.lang.management.ThreadMXBean了解其提供的主要功能

Java代码  

1. public interface ThreadMXBean {
2. public int getThreadCount();
3. public int getPeakThreadCount();
4. public long getTotalStartedThreadCount();
5. public int getDaemonThreadCount();
6. public long[] getAllThreadIds();
7. public ThreadInfo getThreadInfo(long id);
8. public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids);
9. public ThreadInfo getThreadInfo(long id, int maxDepth);
10. public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids, int maxDepth);
11. public boolean isThreadContentionMonitoringSupported();
12. public boolean isThreadContentionMonitoringEnabled();
13. public void setThreadContentionMonitoringEnabled(boolean enable);
14. public long getCurrentThreadCpuTime();
15. public long getCurrentThreadUserTime();
16. public long getThreadCpuTime(long id);
17. public long getThreadUserTime(long id);
18. public boolean isThreadCpuTimeSupported();
19. public boolean isCurrentThreadCpuTimeSupported();
20. public boolean isThreadCpuTimeEnabled();
21. public void setThreadCpuTimeEnabled(boolean enable);
22. public long[] findMonitorDeadlockedThreads();
23. public void resetPeakThreadCount();
24. public long[] findDeadlockedThreads();
25. public boolean isObjectMonitorUsageSupported();
26. public boolean isSynchronizerUsageSupported();
27. public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids, boolean lockedMonitors, boolean lockedSynchronizers);
28. public ThreadInfo[] dumpAllThreads(boolean lockedMonitors, boolean lockedSynchronizers);
29. }

二、编程获取到JVM Manage信息
我们可以通过JMX的方式读取到JVM Manage定义的MBean，如下是3种获取方法
    
1.监控应用与被监控应用位于同一JVM

Java代码  

1. MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
2. RuntimeMXBean rmxb = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(server,
3. "java.lang:type=Runtime", RuntimeMXBean.class);

2.监控应用与被监控应用不位于同一JVM
     
1)首先在被监控的JVM的启动参数中加入如下的启动参数以启JVM代理

-Dcom.sun.management.jmxremote
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=127.0.0.1:8000
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false

2)连接到代理上

Java代码  

1. JMXServiceURL url = new JMXServiceURL(
2. "service:jmx:rmi:///jndi/rmi://127.0.0.1:8000/jmxrmi");
3. JMXConnector connector = JMXConnectorFactory.connect(url);
4. RuntimeMXBean rmxb = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(connector
5. .getMBeanServerConnection(),"java.lang:type=Runtime",
6. RuntimeMXBean.class);

3.监控应用与被监控应用不位于同一JVM但在同一物理主机上(2的特化情况，通过进程Attach)
      
我们使用JDK工具，如jmap、jstack等的时候，工具所在的JVM当然与被监控的JVM不是同一个，所以不能使用方式1，被监控的JVM一般也不会在启动参数中增加JMX的支持，所以方式2也没有办法。还好Sun
JVM给我们提供了第3种非标准的方式，就是通过Attach到被监控的JVM进程，并在被监控的JVM中启动一个JMX代理，然后使用该代理通过2的方式连接到被监控的JVM的JMX上。下面是一个使用范例，由于里面使用到的知识涉及到Java
Instrutment(JVMTI的一个技术的Java实现)和Attach API，因此此处不做详细解析，在后续看完Java
Instrutment和Attach
API自然就会明白。（注意，仅在JDK6+中支持，另外，运行需要jdk的tools.jar包）