JVM系列 - JVM线上监控工具

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JVM系列 - JVM线上监控工具相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

通过上一篇的 JVM 垃圾回收知识，我们了解了 JVM 具体的 垃圾回收算法 和几种 垃圾回收器。理论是指导实践的工具，有了理论指导，定位问题的时候，知识和经验是关键基础，数据可以为我们提供依据。

在线上我们经常会遇见如下几个问题：

  • 内存泄露；
  • 某个进程突然 CPU 飙升；
  • 线程死锁；
  • 响应变慢。

如果遇到了以上这种问题，在 线下环境 可以有各种 可视化的本地工具 支持查看。但是一旦到 线上环境，就没有这么多的 本地调试工具 支持，我们该如何基于 监控工具 来进行定位问题？

我们一般会基于 数据收集 来定位问题，而数据的收集离不开 监控工具 的处理，比如：运行日志、异常堆栈、GC 日志、线程快照、堆内存快照 等。为了解决以上问题，我们常用的 JVM 性能调优监控工具 大致有：jps、jstat、jstack、jmap、jhat、hprof、jinfo。

正文

如果想要查看 Java 进程中 线程堆栈 的信息，可以选择 jstack 命令。如果要查看 堆内存，可以使用 jmap 导出并使用 jhat 来进行分析，包括查看 类的加载信息，GC 算法，对象 的使用情况等。可以使用 jstat 来对 JVM 进行 统计监测，包括查看各个 区内存 和 GC 的情况，还可以使用 hprof 查看 CPU 使用率，统计 堆内存 使用情况。下面会详细的介绍这几个工具的用法。

JVM常见监控工具 & 指令

1. jps进程监控工具

jps 是用于查看有权访问的 hotspot 虚拟机 的进程。当未指定 hostid 时，默认查看 本机 jvm 进程，否则查看指定的 hostid 机器上的 jvm 进程，此时 hostid 所指机器必须开启 jstatd 服务。

jps 可以列出 jvm 进程 lvmid，主类类名，main 函数参数, jvm 参数，jar 名称等信息。

命令格式如下：

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usage: jps [-help]
       jps [-q] [-mlvV] [<hostid>]

Definitions:
    <hostid>:      <hostname>[:<port>]

参数含义如下：

  • -q: 不输出 类名称、Jar 名称 和传入 main 方法的 参数；
  • -l: 输出 main 类或 Jar 的 全限定名称；
  • -m: 输出传入 main 方法的 参数；
  • -v: 输出传入 JVM 的参数。

2. jinfo配置信息查看工具

jinfo（JVM Configuration info）这个命令作用是实时查看和调整 虚拟机运行参数。之前的 jps -v 命令只能查看到显示 指定的参数，如果想要查看 未显示 的参数的值就要使用 jinfo 命令。

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Usage:
    jinfo [option] <pid>
        (to connect to running process)
    jinfo [option] <executable <core>
        (to connect to a core file)
    jinfo [option] [[email protected]]<remote server IP or hostname>
        (to connect to remote debug server)

参数含义如下：

  • pid：本地 jvm 服务的进程 ID；
  • executable core：打印 堆栈跟踪 的核心文件；
  • remote server IP/hostname：远程 debug 服务的 主机名 或 IP 地址；
  • server id：远程 debug 服务的 进程 ID。

参数选项说明如下：

参数参数含义
flag 输出指定 args 参数的值
flags 不需要 args 参数，输出所有 JVM 参数的值
sysprops 输出系统属性，等同于 System.getProperties()
  • 查看正在运行的 jvm 进程的 扩展参数。
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$ jinfo -flags 31983 
Attaching to process ID 31983, please wait… 
Debugger attached successfully. 
Server compiler detected. 
JVM version is 25.91-b14 
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=3 -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapFreeRatio=90 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=2097152 -XX:MinHeapDeltaBytes=524288 -XX:NewSize=2097152 -XX:OldSize=18874368 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps -XX:+UseParallelGC 
Command line: -Xmx20m -Xms20m -Xmn2m -javaagent:/opt/idea-IU-181.4668.68/lib/idea_rt.jar=34989:/opt/idea-IU-181.4668.68/bin -Dfile.encoding=UTF-8
  • 查看正在运行的 jvm 进程的所有 参数信息。
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$ jinfo 31983
Attaching to process ID 31983, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.91-b14
Java System Properties:

java.runtime.name = Java(TM) SE Runtime Environment
java.vm.version = 25.91-b14
sun.boot.library.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/amd64
java.vendor.url = http://java.oracle.com/
java.vm.vendor = Oracle Corporation
path.separator = :
file.encoding.pkg = sun.io
java.vm.name = Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM
sun.os.patch.level = unknown
sun.java.launcher = SUN_STANDARD
user.country = CN
user.dir = /home/linchen/projects
java.vm.specification.name = Java Virtual Machine Specification
java.runtime.version = 1.8.0_91-b14
java.awt.graphicsenv = sun.awt.X11GraphicsEnvironment
os.arch = amd64
java.endorsed.dirs = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/endorsed
java.io.tmpdir = /tmp
line.separator = 

java.vm.specification.vendor = Oracle Corporation
os.name = Linux
sun.jnu.encoding = UTF-8
java.library.path = /usr/java/packages/lib/amd64:/usr/lib64:/lib64:/lib:/usr/lib
java.specification.name = Java Platform API Specification
java.class.version = 52.0
sun.management.compiler = HotSpot 64-Bit Tiered Compilers
os.version = 4.15.0-24-generic
user.home = /home/linchen
user.timezone = 
java.awt.printerjob = sun.print.PSPrinterJob
file.encoding = UTF-8
java.specification.version = 1.8
user.name = linchen
java.class.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/charsets.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/deploy.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/cldrdata.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/dnsns.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/jaccess.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/jfxrt.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/localedata.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/nashorn.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/sunec.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext/zipfs.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/javaws.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jce.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jfr.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jfxswt.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jsse.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/management-agent.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/plugin.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/resources.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/rt.jar:/home/linchen/IdeaProjects/core_java/target/classes:/home/linchen/.m2/repository/io/netty/netty-all/4.1.7.Final/netty-all-4.1.7.Final.jar:/home/linchen/.m2/repository/junit/junit/4.12/junit-4.12.jar:/home/linchen/.m2/repository/org/hamcrest/hamcrest-core/1.3/hamcrest-core-1.3.jar:/home/linchen/.m2/repository/com/lmax/disruptor/3.3.0/disruptor-3.3.0.jar:/home/linchen/.m2/repository/com/rabbitmq/amqp-client/5.3.0/amqp-client-5.3.0.jar:/home/linchen/.m2/repository/org/slf4j/slf4j-api/1.7.25/slf4j-api-1.7.25.jar:/opt/idea-IU-181.4668.68/lib/idea_rt.jar
java.vm.specification.version = 1.8
sun.arch.data.model = 64
sun.java.command = com.own.learn.jvm.JinfoTest
java.home = /opt/jdk1.8.0_91/jre
user.language = zh
java.specification.vendor = Oracle Corporation
awt.toolkit = sun.awt.X11.XToolkit
java.vm.info = mixed mode
java.version = 1.8.0_91
java.ext.dirs = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/ext:/usr/java/packages/lib/ext
sun.boot.class.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/resources.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/rt.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/sunrsasign.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jsse.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jce.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/charsets.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/jfr.jar:/opt/jdk1.8.0_91/jre/classes
java.vendor = Oracle Corporation
file.separator = /
java.vendor.url.bug = http://bugreport.sun.com/bugreport/
sun.io.unicode.encoding = UnicodeLittle
sun.cpu.endian = little
sun.desktop = gnome
sun.cpu.isalist = 

VM Flags:
Non-default VM flags: -XX:CICompilerCount=3 -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapFreeRatio=90 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=2097152 -XX:MinHeapDeltaBytes=524288 -XX:NewSize=2097152 -XX:OldSize=18874368 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps -XX:+UseParallelGC 
Command line:  -Xmx20m -Xms20m -Xmn2m -javaagent:/opt/idea-IU-181.4668.68/lib/idea_rt.jar=34989:/opt/idea-IU-181.4668.68/bin -Dfile.encoding=UTF-8
  • 查看正在运行的 jvm 进程的 环境变量信息。
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$ jinfo -sysprops 31983 
Attaching to process ID 31983, please wait… 
Debugger attached successfully. 
Server compiler detected. 
JVM version is 25.91-b14 
java.runtime.name = Java(TM) SE Runtime Environment 
java.vm.version = 25.91-b14 
sun.boot.library.path = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/amd64 
java.vendor.url = http://java.oracle.com/ 
java.vm.vendor = Oracle Corporation 
path.separator = : 
file.encoding.pkg = sun.io 
java.vm.name = Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 
sun.os.patch.level = unknown 
sun.java.launcher = SUN_STANDARD 
user.country = CN 
user.dir = /home/linchen/projects 
java.vm.specification.name = Java Virtual Machine Specification 
java.runtime.version = 1.8.0_91-b14 
java.awt.graphicsenv = sun.awt.X11GraphicsEnvironment 
os.arch = amd64 
java.endorsed.dirs = /opt/jdk1.8.0_91/jre/lib/endorsed 
java.io.tmpdir = /tmp 
line.separator =

2. jstat信息统计监控工具

jstat 是用于识别 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，它是 线上 定位 jvm 性能 的首选工具。

jstat 工具提供如下的 jvm 监控功能：

  1. 类的加载 及 卸载 的情况；
  2. 查看 新生代、老生代 及 元空间（MetaSpace）的 容量 及使用情况；
  3. 查看 新生代、老生代 及 元空间（MetaSpace）的 垃圾回收情况，包括垃圾回收的 次数，垃圾回收所占用的 时间；
  4. 查看 新生代 中 Eden 区及 Survior 区中 容量 及 分配情况 等。

命令格式如下：

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Usage: jstat -help|-options
       jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

参数含义如下:

  • option: 参数选项。
    • -t: 可以在打印的列加上 timestamp 列，用于显示系统运行的时间。
    • -h: 可以在 周期性数据 的时候，可以在指定输出多少行以后输出一次 表头。
  • vmid: Virtual Machine ID（进程的 pid）。
  • lines: 表头 与 表头 的间隔行数。
  • interval: 执行每次的 间隔时间，单位为 毫秒。
  • count: 用于指定输出记录的 次数，缺省则会一直打印。

参数选项说明如下：

  • class: 显示 类加载 ClassLoad 的相关信息；
  • compiler: 显示 JIT 编译 的相关信息；
  • gc: 显示和 gc 相关的 堆信息；
  • gccapacity: 显示 各个代 的 容量 以及 使用情况；
  • gcmetacapacity: 显示 元空间 metaspace 的大小；
  • gcnew: 显示 新生代 信息；
  • gcnewcapacity: 显示 新生代大小 和 使用情况；
  • gcold: 显示 老年代 和 永久代 的信息；
  • gcoldcapacity: 显示 老年代 的大小；
  • gcutil: 显示 垃圾回收信息；
  • gccause: 显示 垃圾回收 的相关信息（同 -gcutil），同时显示 最后一次 或 当前 正在发生的垃圾回收的 诱因；
  • printcompilation: 输出 JIT 编译 的方法信息；

2.1. class

显示和监视 类装载、卸载数量、总空间 以及 耗费的时间。

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$ jstat -class 8615
Loaded  Bytes     Unloaded  Bytes      Time
  7271 13325.8        1      0.9       2.98

参数列表及含义如下：

参数参数含义
Loaded 已经装载的类的数量
Bytes 装载类所占用的字节数
Unloaded 已经卸载类的数量
Bytes 卸载类的字节数
Time 装载和卸载类所花费的时间

2.2. compiler

显示虚拟机 实时编译（JIT）的 次数 和 耗时 等信息。

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$ jstat -compiler 8615
Compiled   Failed  Invalid  Time     FailedType   FailedMethod
  3886        0       0     1.29          0

参数列表及含义如下：

参数参数含义
Compiled 编译任务执行数量
Failed 编译任务执行失败数量
Invalid 编译任务执行失效数量
Time 编译任务消耗时间
FailedType 最后一个编译失败任务的类型
FailedMethod 最后一个编译失败任务所在的类及方法

2.3. gc

显示 垃圾回收（gc）相关的 堆信息，查看 gc 的 次数 及 时间。

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$ jstat -gc 8615
 S0C      S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262128.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131

比如下面输出的是 GC 信息，采样 时间间隔 为 250ms，采样数为 4：

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$ jstat -gc 8615 250 4
 S0C      S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262144.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262872.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262720.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131
20480.0 10752.0  0.0    0.0   262446.0 130750.7  165376.0   24093.7   35456.0 33931.0 4992.0 4582.0      5    0.056   2      0.075    0.131

参数列表及含义如下：

参数参数含义
S0C 年轻代中第一个 survivor 的容量
S1C 年轻代中第二个 survivor 的容量
S0U 年轻代中第一个 survivor 目前已使用空间
S1U 年轻代中第二个 survivor 目前已使用空间
EC 年轻代中 Eden 的容量
EU 年轻代中 Eden 目前已使用空间
OC 老年代的容量
OU 老年代目前已使用空间
MC 元空间 metaspace 的容量
MU 元空间 metaspace 目前已使用空间
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 次数
YGCT 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 所用时间
FGC 从应用程序启动到采样时 老年代 中 gc 次数
FGCT 从应用程序启动到采样时 老年代 中 gc 所用时间
GCT 从应用程序启动到采样时 gc 用的 总时间

2.4. gccapacity

显示 虚拟机内存 中三代 年轻代（young)，老年代（old），元空间（metaspace）对象的使用和占用大小。

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$ jstat -gccapacity 8615
 NGCMN     NGCMX     NGC      S0C     S1C      EC       OGCMN      OGCMX       OGC        OC         MCMN   MCMX       MC        CCSMN  CCSMX     CCSC      YGC    FGC 
 87040.0 1397760.0 372736.0 20480.0 10752.0 262144.0   175104.0  2796544.0   165376.0   165376.0      0.0 1079296.0  35456.0      0.0 1048576.0   4992.0      5     2

参数列表及含义如下：

参数参数含义
NGCMN 年轻代的 初始化（最小）容量
NGCMX 年轻代的 最大容量
NGC 年轻代 当前的容量
S0C 年轻代中 第一个 survivor 区的容量
S1C 年轻代中 第二个 survivor 区的容量
EC 年轻代中 Eden（伊甸园）的容量
OGCMN 老年代中 初始化（最小）容量
OGCMX 老年代的 最大容量
OGC 老年代 当前新生成 的容量
OC 老年代的容量大小
MCMN 元空间 的 初始化容量
MCMX 元空间 的 最大容量
MC 元空间 当前 新生成 的容量
CCSMN 最小 压缩类空间大小
CCSMX 最大 压缩类空间大小
CCSC 当前 压缩类空间大小
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中的 gc 次数
FGC 从应用程序启动到采样时 老年代 中的 gc 次数

2.5. gcmetacapacity

显示 元空间（metaspace）中 对象 的信息及其占用量。

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$ jstat -gcmetacapacity 8615
MCMN       MCMX        MC       CCSMN      CCSMX       CCSC     YGC   FGC    FGCT     GCT   
0.0      1079296.0   35456.0     0.0     1048576.0    4992.0     5     2    0.075    0.131

参数列表及含义如下：

参数参数含义
MCMN 最小 元数据空间容量
MCMX 最大 元数据空间容量
MC 当前 元数据空间容量
CCSMN 最小压缩 类空间容量
CCSMX 最大压缩 类空间容量
CCSC 当前 压缩类空间容量
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 次数
FGC 从应用程序启动到采样时 老年代 中 gc 次数
FGCT 从应用程序启动到采样时 老年代 gc 所用时间
GCT 从应用程序启动到采样时 gc 用的 总时间

2.6. gcnew

显示 年轻代对象 的相关信息，包括两个 survivor 区和 一个 Eden 区。

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$ jstat -gcnew 8615
 S0C      S1C      S0U    S1U TTv MTT  DSS      EC       EU       YGC     YGCT  
20480.0 10752.0    0.0    0.0  6  15 20480.0 262144.0 131406.0      5    0.056

参数列表及含义如下：

参数参数含义
S0C 年轻代中第一个 survivor 的容量
S1C 年轻代中第二个 survivor 的容量
S0U 年轻代中第一个 survivor 目前已使用空间
S1U 年轻代中第二个 survivor 目前已使用空间
TT 持有次数限制
MTT 最大持有次数限制
DSS 期望的 幸存区 大小
EC 年轻代中 Eden 的容量
EU 年轻代中 Eden 目前已使用空间
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 次数
YGCT 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 所用时间

2.7. gcnewcapacity

查看 年轻代 对象的信息及其占用量。

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$ jstat -gcnewcapacity 8615
  NGCMN      NGCMX       NGC      S0CMX     S0C     S1CMX     S1C       ECMX        EC      YGC   FGC 
 87040.0   1397760.0   372736.0  465920.0  20480.0 465920.0  10752.0  1396736.0   262144.0   5     2

参数列表及含义如下：

参数参数含义
NGCMN 年轻代中初始化(最小)的大小
NGCMX 年轻代的最大容量
NGC 年轻代中当前的容量
S0CMX 年轻代中第一个 survivor 的最大容量
S0C 年轻代中第一个 survivor的容量
S1CMX 年轻代中第二个 survivor 的最大容量
S1C 年轻代中第二个 survivor 的容量
ECMX 年轻代中 Eden 的最大容量
EC 年轻代中 Eden 的容量
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 次数
FGC 从应用程序启动到采样时 老年代 中 gc 次数

2.8. gcold

显示 老年代对象 的相关信息。

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$ jstat -gcold 8615
   MC       MU      CCSC     CCSU       OC          OU       YGC    FGC    FGCT     GCT   
 35456.0  33931.0   4992.0   4582.0    165376.0     24093.7      5     2    0.075    0.131

参数列表及含义如下：

参数参数含义
MC 元空间（metaspace）的容量
MU 元空间（metaspace）目前已使用空间
CCSC 压缩类空间大小
CCSU 压缩类空间 使用 大小
OC 老年代 的容量
OU 老年代 目前已使用空间
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 次数
FGC 从应用程序启动到采样时 老年代 中 gc 次数
FGCT 从应用程序启动到采样时 老年代 gc 所用时间
GCT 从应用程序启动到采样时 gc 用的 总时间

2.9. gcoldcapacity

查看 老年代 对象的信息及其占用量。

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$ jstat -gcoldcapacity 8615
   OGCMN       OGCMX        OGC         OC        YGC   FGC    FGCT     GCT   
  175104.0   2796544.0    165376.0    165376.0     5     2    0.075    0.131

参数列表及含义如下：

参数参数含义
OGCMN 老年代 中初始化(最小)的大小
OGCMX 老年代 的最大容量
OGC 老年代 当前新生成的容量
OC 老年代 的容量
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 的次数
FGC 从应用程序启动到采样时 老年代 中 gc 的次数
FGCT 从应用程序启动到采样时 老年代 中 gc 所用时间
GCT 从应用程序启动到采样时 gc 用的 总时间

2.10. gcutil

显示 垃圾回收（gc）过程中的信息，包括各个 内存的使用占比，垃圾回收 时间 和回收 次数。

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$ jstat -gcutil 8615
   S0     S1     E      O      M     CCS     YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
  0.00   0.00  50.13  14.57  95.70  91.79      5    0.056     2    0.075    0.131

参数列表及含义如下：

参数参数含义
S0 年轻代中 第一个 survivor 区 已使用 的占当前容量百分比
S1 年轻代中 第二个 survivor 区 已使用 的占当前容量百分比
E 年轻代中 Eden 区 已使用 的占当前容量百分比
O 老年代 中 已使用 的占当前容量百分比
M 元空间（metaspace）中 已使用 的占当前容量百分比
YGC 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 次数
YGCT 从应用程序启动到采样时 年轻代 中 gc 所用时间
FGC 从应用程序启动到采样时 老年代 gc 次数
FGCT 从应用程序启动到采样时 老年代 gc 所用时间
GCT 从应用程序启动到采样时 gc 用的 总时间

3. jmap堆内存统计工具

jmap (JVM Memory Map) 命令用来查看 堆内存 使用状况，一般结合 jhat 使用，用于生成 heap dump 文件。jmap 不仅能生成 dump 文件，还可以查询 finalize 执行队列、Java 堆 和 元空间 metaspace 的详细信息，如当前 使用率、当前使用的是哪种 收集器 等等。

如果不使用这个命令，还可以使用 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数来让虚拟机出现 OOM 的时候，自动生成 dump 文件。

命令格式如下：

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Usage:
    jmap [option] <pid>
        (to connect to running process)
    jmap [option] <executable <core>
        (to connect to a core file)
    jmap [option] [[email protected]]<remote server IP or hostname>
        (to connect to remote debug server)

参数含义如下：

  • pid：本地 jvm 服务的进程 ID；
  • executable core：打印 堆栈跟踪 的核心文件；
  • remote server IP/hostname：远程 debug 服务的 主机名 或 IP 地址；
  • server id：远程 debug 服务的 进程 ID。

参数选项说明如下：

参数参数含义
heap 显示 堆 中的摘要信息
histo 显示 堆 中对象的统计信息
histo[:live] 只显示 堆 中 存活对象 的统计信息
clstats 显示 类加载 的统计信息
finalizerinfo 显示在 F-Queue 队列 等待 Finalizer 线程执行 finalizer 方法的对象
dump 导出内存转储快照

注意：dump 内存快照分析基本上包含了 histo、clstats、finalizerinfo 等功能。

3.1. heap

显示 堆 中的摘要信息。包括 堆内存 的使用情况，正在使用的 GC 算法、堆配置参数 和 各代中堆内存 使用情况。可以用此来判断内存目前的 使用情况 以及 垃圾回收 情况。

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$ jmap -heap 11368
Attaching to process ID 11368, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.101-b13

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 2 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 2684354560 (2560.0MB)
   NewSize                  = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxNewSize               = 1073741824 (1024.0MB)
   OldSize                  = 1610612736 (1536.0MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 852492288 (813.0MB)
   used     = 420427144 (400.95056915283203MB)
   free     = 432065144 (412.04943084716797MB)
   49.31741317993014% used
From Space:
   capacity = 113770496 (108.5MB)
   used     = 2299712 (2.19317626953125MB)
   free     = 111470784 (106.30682373046875MB)
   2.021360617079493% used
To Space:
   capacity = 107479040 (102.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 107479040 (102.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 1610612736 (1536.0MB)
   used     = 50883368 (48.526161193847656MB)
   free     = 1559729368 (1487.4738388061523MB)
   3.1592552860577903% used

27595 interned Strings occupying 3138384 bytes.

这里主要对 heap configuration 的参数列表说明一下：

参数对应启动参数参数含义
MinHeapFreeRatio -XX:MinHeapFreeRatio JVM堆最小空闲比率(default 40)
MaxHeapFreeRatio -XX:MaxHeapFreeRatio JVM堆最大空闲比率(default 70)
MaxHeapSize XX:Xmx JVM堆的最大大小
NewSize -XX:NewSize JVM堆新生代的默认（初始化）大小
MaxNewSize -XX:MaxNewSize JVM堆新生代的最大大小
OldSize -XX:OldSize JVM堆老年代的默认（初始化）大小
NewRatio -XX:NewRatio JVM堆新生代和老年代的大小比例
SurvivorRatio -XX:SurvivorRatio JVM堆年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值
MetaspaceSize -XX:MetaspaceSize JVM元空间（metaspace）初始化大小
MaxMetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize JVM元空间（metaspace）最大大小
CompressedClass SpaceSize -XX:CompressedClass SpaceSize JVM类指针压缩空间大小, 默认为1G
G1HeapRegionSize -XX:G1HeapRegionSize 使用G1垃圾回收器时单个Region的大小，取值为1M至32M

3.2. histo

打印堆的 对象统计，包括 对象实例数、内存大小 等等。因为在 histo:live 前会进行 full gc，如果带上 live 则只统计 活对象。不加 live 的堆大小要大于加 live 堆的大小。

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$ jmap -histo:live 12498
 num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
   1:         50358        7890344  [C
   2:         22887        2014056  java.lang.reflect.Method
   3:          3151        1485512  [B
   4:         49267        1182408  java.lang.String
   5:          7836         871384  java.lang.Class
   6:         24149         772768  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node
   7:         20785         482256  [Ljava.lang.Class;
   8:          8357         435248  [Ljava.lang.Object;
   9:         10035         401400  java.util.LinkedHashMap$Entry
  10:          4803         369488  [Ljava.util.HashMap$Node;
  11:         10763         344416  java.util.HashMap$Node
  12:          5205         291480  java.util.LinkedHashMap
  13:          3055         219960  java.lang.reflect.Field
  14:           120         193408  [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node;
  15:         11224         179584  java.lang.Object
  16:          1988         146152  [Ljava.lang.reflect.Method;
  17:          3036         145728  org.aspectj.weaver.reflect.ShadowMatchImpl
  18:          1771         141680  java.lang.reflect.Constructor
  19:          4903         117672  org.springframework.core.MethodClassKey
  20:          3263         104416  java.lang.ref.WeakReference
  21:          2507         100280  java.lang.ref.SoftReference
  22:          2523          97600  [I
  23:          3036          97152  org.aspectj.weaver.patterns.ExposedState
  24:          2072          95280  [Ljava.lang.String;
  25:           954          91584  org.springframework.beans.GenericTypeAwarePropertyDescriptor
  26:          1633          91448  java.lang.Class$ReflectionData
  27:          3142          90520  [Z
  28:          1671          80208  java.util.HashMap
  29:          3244          77856  java.util.ArrayList
  30:          3037          72880  [Lorg.aspectj.weaver.ast.Var;
  31:          1809          72360  java.util.WeakHashMap$Entry
  32:          1967          62944  java.util.LinkedList

其中，class name 是 对象类型，对象 缩写类型 与 真实类型 的对应说明如下：

对象缩写类型对象真实类型
B byte
C char
D double
F float
I int
J long
Z boolean
[ 数组，如[I表示int[]
[L+类名 其他对象

3.3. dump

dump 用于导出内存转储快照。常用的方式是通过 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 的命令格式如下：

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jmap -dump:format=b,file=dumpFileName

参数含义如下：

参数参数含义
dump 堆到文件
format 指定输出格式
live 指明是活着的对象
file 指定文件名
  • 通过 jmap 导出 内存快照，文件命名为 dump.dat：
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jmap -dump:format=b,file=dump.dat 12498
Dumping heap to /Users/XXX/dump.dat ...
Heap dump file created

导出的 dump 文件可以通过 MAT、VisualVM 和 jhat 等工具查看分析，后面会详细介绍。

4. jhat堆快照分析工具

jhat（JVM Heap Analysis Tool）命令通常与 jmap 搭配使用，用来分析 jmap 生成的 dump。jhat 内置了一个微型的 HTTP/html 服务器，生成 dump 的分析结果后，可以在浏览器中查看。

注意：一般不会直接在 服务器 上 进行分析，因为使用 jhat 是一个 耗时 并且 耗费硬件资源 的过程，一般的做法是，把 服务器 生成的 dump 文件复制到 本地 或 其他机器 上进行分析。

命令格式如下：

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Usage:  jhat [-stack <bool>] [-refs <bool>] [-port <port>] [-baseline <file>] [-debug <int>] [-version] [-h|-help] <file>

	-J<flag>          Pass <flag> directly to the runtime system. For
			  example, -J-mx512m to use a maximum heap size of 512MB
	-stack false:     Turn off tracking object allocation call stack.
	-refs false:      Turn off tracking of references to objects
	-port <port>:     Set the port for the HTTP server.  Defaults to 7000
	-exclude <file>:  Specify a file that lists data members that should
			  be excluded from the reachableFrom query.
	-baseline <file>: Specify a baseline object dump.  Objects in
			  both heap dumps with the same ID and same class will
			  be marked as not being "new".
	-debug <int>:     Set debug level.
			    0:  No debug output
			    1:  Debug hprof file parsing
			    2:  Debug hprof file parsing, no server
	-version          Report version number
	-h|-help          Print this help and exit
	<file>            The file to read

参数含义如下：

参数参数值默认值参数含义
stack true 关闭 对象分配调用栈跟踪。如果分配位置信息在堆转储中不可用。则必须将此标志设置为false。
refs true 关闭 对象引用跟踪。默认情况下，返回的指针是指向其他特定对象的对象。如 反向链接 或 输入引用，会统计/计算堆中的所有对象
port 7000 设置jhat HTTP server的端口号
exclude — 指定对象查询时需要排除的数据成员列表文件
baseline — 指定一个 基准堆转储。在两个heap dumps中有相同object ID的对象时，会被标记为不是新的，其他对象被标记为新的。在比较两个不同的堆转储时很有用
debug 0 设置debug级别，0表示不输出调试信息。值越大则表示输出更详细的debug信息
version — 启动后只显示版本信息就退出
J — jhat命令实际上会启动一个JVM来执行，通过-J可以在启动JVM时传入一些 启动参数。例如， -J-Xmx512m则指定运行jhat 的Java虚拟机使用的最大堆内存为512MB。
  • 前面提到，通过 jmap dump 出来的文件可以用 MAT、VisualVM 等工具查看，这里我们用 jhat 查看：
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$ jhat -port 7000 dump.dat
Reading from dump.dat...
Dump file created Sun Aug 12 12:15:02 CST 2018
Snapshot read, resolving...
Resolving 1788693 objects...
Chasing references, expect 357 dots.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Eliminating duplicate references.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.
  • 打开浏览器，输入 http://localhost:7000，查看 jhat 的分析报表页面：

技术分享图片

  • 可以按照 包名称 查看项目模块中的具体 对象示例：

技术分享图片

除此之外，报表分析的最后一页，还提供了一些扩展查询：

技术分享图片

  • 显示所有的 Root 集合；
  • 显示所有 class 的当前 对象实例数量（包含 JVM 平台相关类）；
  • 显示所有 class 的当前 对象实例数量（除去 JVM 平台相关类）；
  • 显示 堆内存 中实例对象的 统计直方图（和直接使用 jmap 没有区别）；
  • 显示 finalizer 虚拟机 二次回收 的信息摘要；
  • 执行 jhat 提供的 对象查询语言（OQL）获取指定对象的实例信息。

注意：jhat 支持根据某些条件来 过滤 或 查询 堆的对象。可以在 jhat 的 html 页面中执行 OQL 语句，来查询符合条件的对象。OQL `具体的语法可以直接访问 http://localhost:7000/oqlhelp。

在具体排查时，需要结合代码，观察是否 大量应该被回收 的对象 一直被引用，或者是否有 占用内存特别大 的对象 无法被回收。

5. jstack堆栈跟踪工具

jstack 用于生成 java 虚拟机当前时刻的 线程快照。线程快照 是当前 java 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 等等。

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什么事情，或者等待什么资源。如果 java 程序 崩溃 生成 core 文件，jstack 工具可以通过 core 文件获取 java stack 和 native stack 的信息，从而定位程序崩溃的原因。

命令格式如下：

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Usage:
    jstack [-l] <pid>
        (to connect to running process)
    jstack -F [-m] [-l] <pid>
        (to connect to a hung process)
    jstack [-m] [-l] <executable> <core>
        (to connect to a core file)
    jstack [-m] [-l] [[email protected]]<remote server IP or hostname>
        (to connect to a remote debug server)

参数含义如下：

  • pid：本地 jvm 服务的进程 ID；
  • executable core：打印 堆栈跟踪 的核心文件；
  • remote server IP/hostname：远程 debug 服务的 主机名 或 IP 地址；
  • server id：远程 debug 服务的 进程 ID。

参数选项说明如下：

参数参数含义
F 当正常输出请求 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

注意：在实际运行中，往往一次 dump 的信息，还不足以确认问题。建议产生三次 dump 信息，如果每次 dump 都指向同一个问题，才能确定问题的典型性。

5.1. 系统线程状态

在 dump 文件里，值得关注的 线程状态 有：

  1. 死锁：Deadlock（重点关注）
  2. 执行中：Runnable
  3. 等待资源：Waiting on condition（重点关注）
  4. 等待获取监视器：Waiting on monitor entry（重点关注）
  5. 暂停：Suspended
  6. 对象等待中：Object.wait() 或 TIMED_WAITING
  7. 阻塞：Blocked（重点关注）
  8. 停止：Parked

具体的含义如下所示：

(a). Deadlock

死锁线程，一般指多个线程调用期间发生 资源的相互占用，导致一直等待无法释放的情况。

(b). Runnable

一般指该线程正在 执行状态 中，该线程占用了 资源，正在 处理某个请求。有可能正在传递 SQL 到数据库执行，有可能在对某个文件操作，有可能进行数据类型等转换。

(c). Waiting on condition

该状态在线程等待 某个条件 的发生。具体是什么原因，可以结合 stacktrace来分析。线程处于这种 等待状态，一旦有数据准备好读之后，线程会重新激活，读取并处理数据。

线程正处于等待资源或等待某个条件的发生，具体的原因需要结合下面堆栈信息进行分析。

  • 如果 堆栈信息 明确是 应用代码，则证明该线程正在 等待资源。一般是大量 读取某种资源 且该资源采用了 资源锁 的情况下，线程进入 等待状态。

  • 如果发现有 大量的线程 都正处于这种状态，并且堆栈信息中得知正在 等待网络读写，这是因为 网络阻塞 导致 线程无法执行，很有可能是一个 网络瓶颈 的征兆：

    • 网络非常 繁忙，几乎消耗了所有的带宽，仍然有大量数据等待网络读写；
    • 网络可能是 空闲的，但由于 路由 或 防火墙 等原因，导致包无法正常到达。

  • 还有一种常见的情况是该线程在 sleep，等待 sleep 的时间到了，将被唤醒。

(d). Locked

线程阻塞，是指当前线程执行过程中，所需要的资源 长时间等待 却 一直未能获取到，被容器的线程管理器标识为 阻塞状态，可以理解为 等待资源超时 的线程。

(e). Waiting for monitor entry 和 in Object.wait()

Monitor 是 Java 中实现线程之间的 互斥与协作 的主要手段，它可以看成是 对象 或者 Class 的 锁。每一个对象都有一个 monitor。

5.1. 死锁示例

下面给出一个 死锁 的案例，在 IntLock 中定义了两个静态的 可重入锁 实例，在主方法中声明了 两个线程 对 两把锁 进行资源竞争。

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public class DeadLockRunner {
    public static void main(String[] args) {
        IntLock r1 = new IntLock(1);
        IntLock r2 = new IntLock(2);
        Thread t1 = new Thread(r1);
        Thread t2 = new Thread(r2);
        t1.start();
        t2.start();
    }

    public static class IntLock implements Runnable {
        private static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
        private static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();
        private int lock;

        public IntLock(int lock) {
            this.lock = lock;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                if (lock == 1) {
                    lock1.lock();

                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    lock2.lock();
                } else {
                    lock2.lock();

                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    lock1.lock();
                }
            } finally {
                if (lock1.isHeldByCurrentThread()) {
                    lock1.unlock();
                }
                if (lock2.isHeldByCurrentThread()) {
                    lock2.unlock();
                }
            }
        }
    }
}

5.2. dump日志分析

启动 DeadLockRunner 的 main() 方法，使用 jps 查看阻塞的 jvm 进程的 id，然后使用 jstack 查看 线程堆栈信息，可以发现两个线程相互 竞争资源，出现死锁。

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$ jstack -l 15584
2018-08-12 20:35:40
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.172-b11 mixed mode):

// 省略...

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
  waiting for ownable synchronizer 0x000000076ad61180, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
  waiting for ownable synchronizer 0x000000076ad611b0, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "Thread-1"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
	at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
	- parking to wait for  <0x000000076ad61180> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
	at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued(AbstractQueuedSynchronizer.java:870)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire(AbstractQueuedSynchronizer.java:1199)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync.lock(ReentrantLock.java:209)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lock(ReentrantLock.java:285)
	at io.ostenant.deadlock.DeadLockRunner$IntLock.run(DeadLockRunner.java:47)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-0":
	at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
	- parking to wait for  <0x000000076ad611b0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
	at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued(AbstractQueuedSynchronizer.java:870)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire(AbstractQueuedSynchronizer.java:1199)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync.lock(ReentrantLock.java:209)
	at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lock(ReentrantLock.java:285)
	at io.ostenant.deadlock.DeadLockRunner$IntLock.run(DeadLockRunner.java:37)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Found 1 deadlock.

参考

周志明，深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践，机械工业出版社

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