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《深入理解Java虚拟机》读书笔记 第4章 虚拟机性能监控与故障处理工具

2016.01.03

4.1 概述

给一个系统定位问题的时候,知识、经验是关键基础,数据是依据,工具是运用知识处理数据的手段。这里说的数据包括:运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照(threaddump/javacore文件)、堆转储快照(heapdump/hprof文件)等。经常使用适当的虚拟机监控和分析的工具可以加快我们分析数据、定位解决问题的速度,但在学习工具前,也应当意识到工具永远都是知识技能的一层包装,没有什么工具是“秘密武器”,不可能学会了就能包治百病。

4.2 JDK的命令行工具

表4-1 Sun JDK监控和故障处理工具

4.2.1 jps:虚拟机进程状况工具

JDK的很多小工具的名字都参考了UNIX命令的命名方式,jps(JVM Process Status Tool)是其中的典型。除了名字像UNIX的ps命令之外,它的功能也和ps命令类似:可以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)。虽然功能比较单一,但它是使用频率最高的JDK命令行工具,因为其他的JDK工具大多需要输入它查询到的LVMID来确定要监控的是哪一个虚拟机进程。对于本地虚拟机进程来说,LVMID与操作系统的进程ID(Process Identifier,PID)是一致的,使用Windows的任务管理器或者UNIX的ps命令也可以查询到虚拟机进程的LVMID,但如果同时启动了多个虚拟机进程,无法根据进程名称定位时,那就只能依赖jps命令显示主类的功能才能区分了。

4.2.2 jstat:虚拟机统计信息监视工具

jstat(JVM Statistics Monitoring Tool)是用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示本地或者远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据,在没有GUI图形界面,只提供了纯文本控制台环境的服务器上,它将是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。

4.2.3 jinfo:Java配置信息工具

jinfo(Configuration Info for Java)的作用是实时地查看和调整虚拟机各项参数。使用jps命令的-v参数可以查看虚拟机启动时显式指定的参数列表,但如果想知道未被显式指定的参数的系统默认值,除了去找资料外,就只能使用jinfo的-flag选项进行查询了(如果只限于JDK 1.6或以上版本的话,使用java -XX:+PrintFlagsFinal查看参数默认值也是一个很好的选择),jinfo还可以使用-sysprops选项把虚拟机进程的System.getProperties()的内容打印出来。这个命令在JDK 1.5时期已经随着Linux版的JDK发布,当时只提供了信息查询的功能,JDK 1.6之后,jinfo在Windows和Linux平台都有提供,并且加入了运行期修改参数的能力,可以使用-flag[+|-]name或者-flag name=value修改一部分运行期可写的虚拟机参数值。JDK 1.6中,jinfo对于Windows平台功能仍然有较大限制,只提供了最基本的-flag选项。

4.2.4 jmap:Java内存映像工具

jmap(Memory Map for Java)命令用于生成堆转储快照(一般称为heapdump或dump文件)。如果不使用jmap命令,要想获取Java堆转储快照,还有一些比较“暴力”的手段:譬如在第2章中用过的-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数,可以让虚拟机在OOM异常出现之后自动生成dump文件,通过-XX:+HeapDumpOnCtrlBreak参数则可以使用[Ctrl]+[Break]键让虚拟机生成dump文件,又或者在Linux系统下通过Kill -3命令发送进程退出信号“吓唬”一下虚拟机,也能拿到dump文件。

jmap的作用并不仅仅是为了获取dump文件,它还可以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息,如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。

和jinfo命令一样,jmap有不少功能在Windows平台下都是受限的,除了生成dump文件的-dump选项和用于查看每个类的实例、空间占用统计的-histo选项在所有操作系统都提供之外,其余选项都只能在Linux/Solaris下使用。

4.2.5 jhat:虚拟机堆转储快照分析工具

Sun JDK提供jhat(JVM Heap Analysis Tool)命令与jmap搭配使用,来分析jmap生成的堆转储快照。jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器,生成dump文件的分析结果后,可以在浏览器中查看。不过实事求是地说,在实际工作中,除非笔者手上真的没有别的工具可用,否则一般都不会去直接使用jhat命令来分析dump文件,主要原因有二:一是一般不会在部署应用程序的服务器上直接分析dump文件,即使可以这样做,也会尽量将dump文件复制到其他机器上进行分析,因为分析工作是一个耗时而且消耗硬件资源的过程,既然都要在其他机器进行,就没有必要受到命令行工具的限制了;另一个原因是jhat的分析功能相对来说比较简陋,后文将会介绍到的VisualVM,以及专业用于分析dump文件的Eclipse Memory Analyzer、IBM HeapAnalyzer等工具,都能实现比jhat更强大更专业的分析功能。

4.2.6 jstack:Java堆栈跟踪工具

jstack(Stack Trace for Java)命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照(一般称为threaddump或者javacore文件)。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合,生成线程快照的主要目的是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都是导致线程长时间停顿的常见原因。线程出现停顿的时候通过jstack来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。

4.2.7 HSDIS:JIT生成代码反汇编

在Java虚拟机规范中,详细描述了虚拟机指令集中每条指令的执行过程、执行前后对操作数栈、局部变量表的影响等细节。这些细节描述与Sun的早期虚拟机(Sun Classic VM)高度吻合,但随着技术的发展,高性能虚拟机真正的细节实现方式已经渐渐与虚拟机规范所描述的内容产生了越来越大的差距,虚拟机规范中的描述逐渐成了虚拟机实现的“概念模型”——即实现只能保证规范描述等效。基于这个原因,我们分析程序的执行语义问题(虚拟机做了什么)时,在字节码层面上分析完全可行,但分析程序的执行行为问题(虚拟机是怎样做的、性能如何)时,在字节码层面上分析就没有什么意义了,需要通过其他方式解决。

4.3 JDK的可视化工具

4.3.1 JConsole:Java监视与管理控制台

JConsole(Java Monitoring and Management Console)是一种基于JMX的可视化监视、管理工具。它管理部分的功能是针对JMX MBean进行管理,由于MBean可以使用代码、中间件服务器的管理控制台或者所有符合JMX规范的软件进行访问,所以本节将会着重介绍JConsole监视部分的功能。

1.启动JConsole

2.内存监控

3.线程监控

4.3.2 VisualVM:多合一故障处理工具

1.VisualVM兼容范围与插件安装

2.生成、浏览堆转储快照

3.分析程序性能

4.BTrace动态日志跟踪