jvm 性能分析工具

概述

JDK中的bin目录除了javac和java这两个经常用于编译和运行java程序的工具外，还有许多用于监控虚拟机和故障处理的工具，包括命令行工具jps、jstat、jinfo、jmap、jhat、jstack和可视化工具jconsole、jvisualvm。本文主要介绍jps、jstat、jinfo、jmap、jhat、jstack这几个命令行工具。他们的主要作用如下

名称	主要作用
jps	JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程
jstat	JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据
jinfo	Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息
jmap	Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件）
jhat	JVM Heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果
jstack	Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照

jps：虚拟机进程状况工具

jps命令主要是列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类（Main Class，main函数所在的类）名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID（Local Virtual Machine Identifier，LVMID）。对本地虚拟机来说，LVMID与操作系统的进程ID（Process Identifier，PID）是一致的。这是使用频率最高的一个命令行工具，因为其他的命令行工具需要依赖LVMID，而LVMID可以通过jps查询得到。

命令格式

jps的命令格式如下

jps [options] [hostid]

其中options选项列表如下

选项	作用
-q	只输出LVMID，省略主类的名称
-m	输出虚拟机进程启动时传递给主main()函数的参数
-l	输出主类的全名，如果进程执行的是jar包，输出jar路径
-v	输出虚拟机进程启动时JVM参数

hostid是可选参数，不输入时表示查询的是本机的虚拟机进程，输入时需要输入RMI注册表中的主机名。

例子

如下程序用来测试jps命令工具，该程序很简单，只是接收一个参数，然后不断将该参数打印出来。本文后续的例子将基于此例子进行说明。

public class TestJvmTools
{
    public static void main(String args[]) throws Exception
    {
        if (args.length == 1)
        {
            while (true)
            {
                System.out.println(args[0]);
                Thread.sleep(20);
            }
        }
        System.out.println("no parameter pass");
    }
}

使用命令java -Xms20M -Xmx20M TestJvmTools oneParameter 执行该程序，让程序一直处于运行状态，然后分别执行jps -l、jps -m、jps -v、jps -q命令，查看输出结果，如下图所示

jstat：虚拟机统计信息监视工具

jstat是用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示本地或远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾回收、JIT编译等运行数据。

命令格式

jstat命令格式如下

jstat [option vmid [interval[s|ms][count]]]

其中option表示希望查询的虚拟机信息，主要分为三类：类装载、垃圾回收、运行编译状况，具体选项及作用如下表所示

选项	作用
-class	监视类装载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费的时间
-gc	监视java堆状况，包括Eden区、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
-gccapacity	监视内容与 -gc基本相同，但输出主要关注java堆各个区域使用到的最大、最小空间
-gcutil	监视内容与 -gc基本相同，但输出主要关注已使用空间站总空间的百分比
-gccause	与 -gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次GC产生的原因
-gcnew	监视新生代GC状况
-gcnewcapacity	监视内容与 -gcnew基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间
-gcold	监视老年代GC状况
-gcoldcapacity	监视内容与 -gcold基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间
-compiler	输出JIT编译器编译过的方法、耗时等信息
-printcompilation	输出已经被JIT编译的方法
命令行中的vmid参数，如果是本地虚拟机进程，则与LVMID一致，如果是远程虚拟机进程，则vmid的格式如下

[protocol:][//]lvmid[@hostname[:port]/servername]

命令行中的interval和count代表查询间隔和次数，如果省略这两个参数，则只查询一次。例如以下命令表示每隔250毫秒查询一次进程10928垃圾回收情况，一共查询20次

jstat -gc 10928 250 20

例子

查看类装载信息

执行jstat -class 10928命令查看类的装载信息，如下图所示

输出结果中的参数说明如下

参数	说明
Loaded	加载class的数量
Bytes（从左往右数第一个Bytes）	所占用空间大小
Unloaded	未加载数量
Bytes（从左往右数第二个Bytes）	未加载占用空间
Times	装载所耗的时间

查看编译信息

分别执行jstat -compiler 10928、jstat -printcompilation 10928命令查看进程的编译相关信息，如下图所示

-compiler命令输出结果中的参数说明如下

参数	说明
Compiled	编译数量
Failed	编译失败数量
Invilid	不可用数量
Time	编译时间
FailedTypes	失败类型
FailedMethod	失败的方法

-printcompilation命令输出结果参数说明如下

参数	说明
Compiled	最近编译方法的数量
Size	最近编译方法的字节码数量
Type	最近编译方法的编译类型
Method	方法名标识

查看垃圾回收信息

分别执行jstat -gc 10928、jstat -gccapacity 10928、jstat -gcutil 10928、jstat -gccause 10928、jstat -gcnew 10928、jstat -gcnewcapacity 10928、jstat -gcold 10928、jstat -gcoldcapacity 10928命令查看垃圾回收的相关信息，如下图所示

输出结果中参数说明如下

参数	说明
S0C	Survivor0的大小
S1C	Survivor1的大小
S0U	Survivor0区已使用空间大小
S1U	Survivor1区已使用空间大小
EC	Eden区的大小
EU	Eden区已使用的空间大小
OC	老年代（Old）区的大小
OU	老年代区已使用空间大小
MC	方法区大小
MU	方法区已使用空间大小
CCSC	压缩类空间大小
CCSU	压缩类空间已使用大小
YGC	年轻代垃圾回收次数，YGC表示Young GC
YGCT	年轻代垃圾回收总耗时
FGC	老年代垃圾回收次数，FGC表示Full GC
FGCT	老年代来及回收总耗时
GCT	垃圾回收总消耗时间
NGCMN	新生代最小容量
NGCMX	新生代最大容量
NGC	当前新生代容量
OGCMN	老年代最小容量
OGCMX	老年代最大容量
OGC	当前老年代容量
MCMN	方法区最小容量
MCMX	方法区最大容量
CCSMN	压缩类空间最小容量
CCSMX	压缩类空间最大容量
S0	Survivor0区
S1	Survivor1区
E	Eden区
O	老年代
M	方法区
CCS	压缩类
TT	对象在新生代存活的次数
MTT	对象在新生代存活的最大次数
DSS	期望的一个Survivor区的大小
S0CMX	Survivor0区最大容量
S1CMX	Survivor1区最大容量
ECMX	Eden区最大容量

jinfo：java配置信息工具

jinfo的作用是实时地查看和调整迅疾各项参数。使用jps -v命令可以查看虚拟机启动时显示配置的参数，而jinfo命令不仅可以查看虚拟机启动时显示配置的参数，也能查看未被显示指定的参数的系统默认值，还能动态修改参数的值。

命令格式

jinfo的命令格式如下

jinfo [option] pid

其中pid表示进程号，option是一个可选参数，如果是查看信息，则使用 -flag param，如jinfo -flag InitialHeapSize 10928 ，如果是修改信息，则使用 -flag +param或 -flag -param或 -flag param=value，如jinfo -flag InitialHeapSize=20480 10928或jinfo -flag +UseParallelGC 10928，

例子

下图所示是jinfo的查看命令

jmap：java内存映像工具

jmap命令用于生成堆转储快照（即heapdump或dump文件），同时也可以用于查询finalize执行队列、java堆和永久代的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种垃圾回集器等

命令格式

jmap的命令格式如下

jmap [option] vmid

其中option是可选参数，其选项和含义如下表所示

选项	作用
-dump	生成java堆转储快照。格式为：-dump:[live,]format=b,file=<filename>，其中live子参数说明是否只dump出存活对象
-finalizerinfo	显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalize方法的对象
-heap	显示java堆详细信息，如使用哪种回收器、参数配置、分代状况等
-histo	显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量
-clstats	以ClassLoader为统计入口
-F	当虚拟机进程对 -dump 没有响应时，可使用这个选项强制生产dump快照

例子

下图是执行命令jmap -dump:format=b,file=D:/testDump 10928，jmap -heap 10928的结果

jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

jhat主要用于分析jmap产生的堆转储快照，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，在生成dump文件的分析结果后可以下浏览器中查看。然而，由于分析dump文件需要耗费很大的内存，加上jhat产生的界面比较简陋，远不及可视化工具jvisualvm，所以一般情况下也不会使用这个命令对dump文件进行分析。

命令格式

jhat的命令格式如下，其中<dumpFile>指dump文件

jhat <dumpFile>

例子

下图是执行jhat D:/testDump命令的结果（D:/testDump是“jmap：java内存映像工具”章节中例子生产的dump文件）。当控制台中输出Server is ready后，在浏览器中输入http://localhost:7000即可查看相应的分析结果

jstack：java堆栈跟踪工具

jstack命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照，主要是用于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。当线程出现停顿的时候通过jstack查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做些什么事情，或者等待着什么资源。

命令格式

jstack的命令格式如下

jstack [option] vmid

其中option是一个可选参数，选项列表如下

选项	作用
-F	当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈
-l	除堆栈外，显示关于锁的附加信息
-m	如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈

例子

下图是执行jstack -l 10928命令的结果

参考资料

[1] 周志明. 深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践[M]. 北京：机械工业出版社，2013
[2] 南湖公明. jstat命令使用[J/OL]. https://www.cnblogs.com/lizhonghua34/p/7307139.html , 2017-08-08