<3> 虚拟机性能监控与故障处理工具

经过前面对于虚拟机内存分配与回收技术的介绍，我们已经建立了一个比较完善的理论基础。理论总是作为指导实践的工具，能把这些知识投入到实际工作中才是我们的最终目的。
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。

3.1 JDK的命令行工具
Java开发人员都知道JDK的bin目录中有java.exe和javac.exe这两个命令行工具，但并非所有程序员都了解过JDK的bin目录之中其他命令行程序的作用。每逢JDK更新版本之时，bin目录下命令行工具的数量和功能总会不知不觉增加和增强。bin 目录的内容如下图所示：


上图中只是bin目录下的部分工具，其中划横线的是经常会用到的用于监控虚拟机和故障处理的工具。这些故障处理工具被Sun公司作为礼物附赠给JDK的使用者，在软件的使用说明中把他们声明为“没有技术支持并且是实验性质的”产品，但事实上这些工具都非常稳定而且功能强大，能在处理应用程序性能问题，定位故障时发挥很大的作用。


3.1.1 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()方法所在的类）的名称，以及这些进程的本地虚拟机唯一ID。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ID来确定要监控的是哪个虚拟机进程。当然，在windows系统下还可以通过任务管理器来查看进程id。


3.1.2 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。

jstat的命令格式为：
jstat [ option vmid [interval [s|ms] [count]]]

对于命令格式中的vmid与Lvmid需要特别说明一下：如果是本地虚拟机进程，vmid和lvmid是一致的，如果是远程虚拟机进程，那vmid的格式应当是：
[protocol:][//]lvmid[@hostname [:port]/servername]
参数interval和count代表查询间隔和次数，如果省略这两个参数，说明只查询一次。假设需要每250毫秒查询一次进程2764垃圾收集情况，一共查询20次，那命令应当是：
jstat –gc 2764 250 20

选项option代表用户希望查询的虚拟机信息，主要分为3类：类装载、垃圾收集和运行期编译状况，具体选项及作用如下：


举例：


查询结果表明：这台服务器的新生代Eden区（E,表示Eden）使用了6.2%的空间，两个Survivor区（S0, S1, 表示Survivor0，Survivor1）里面都是空的，老年代（O, 表示Old）和永久代（P, 表示Permanent）则分别使用了41.42%和47.2%的空间。程序运行以来共发生MinorGC(YGC， 表示Young GC)16次，总耗时0.105秒，发生Full GC(FGC, 表示Full GC)3次， Full GC总耗时（FGCT, 表示Full GC Time）为0.472秒，所有GC总耗时（GCT, 表示GC Time）为0.577秒。

3.1.3 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的各项参数。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。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JDK1.5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，JDK1.6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-flag name=value修改一部分运行期可写的虚拟机参数。JDK1.6中，jinfo对于windows平台的功能仍然有较大的限制，只提供了最基本的-flag选项。
jinfo命令格式：
jinfo [option] pid

示例：
C:\> jinfo –flag CMSInitiatingOccupancyFraction 1444
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=85

3.1.4 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）。如果不适用jmap命令，要想获取Java堆转储快照还有一些比较“暴力”的手段：譬如使用-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，又或在Linux系统下通过Kill -3命令发送进程退出信号“恐吓”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选项所有操作系统都提供之外，其余选项都只能在linux/Solaris下使用。
jmap的命令格式：
jmap [option] vmid
Option选项的合法值与具体含义如表所示：


示例：
C:\Users\IcyFenix>jmap –dump:format=b , file=appdump 3500
Dumping heap to C:\Users\IcyFenix\appdump …
Heap dump file created

3.1.5 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，这个工具一般除非实在没有其他工具，否则不会使用。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文件拷贝到其他机器上进行分析，因为分析工作是一个耗时且消耗硬件资源的过程，既然都要在其他机器上进行，就没必要受到命令行工具的限制了； 二是jhat的分析功能相对来说比较简陋，其他有较好的替代工具，比如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。具体使用这里就不介绍了，需要的话可以查看相关资料。

3.1.6 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。
jstack命令格式：
jstack [option] vmid
Option选项的合法值与具体含义如表所示：


下面是使用jstack查看Eclipse线程堆栈的例子，例子中的3500是通过jps命令查询到的LVMID:


在JDK1.5中，java.lang.Thread类新增了一个getAllStackTraces()方法用于获取虚拟机中所有线程的StackTraceElement对象。使用这个方法可以通过简单的几行代码就完成jstack的大部分功能，在实际项目中不妨调用这个方法做个管理员界面，可以随时使用浏览器来查看线程堆栈。如下面示例：


3.2 JDK的可视化工具
JDK中除了提供了大量的命令行工具外，还有两个功能强大的可视化工具：JConsole和VisualVM，这两个工具是JDK的正式成员，没有被贴上“unsupported and experimental”的标签。
其中，JConsole是在JDK1.5时期就已经提供的虚拟机监控工具，而VisualVM在JDK1.6 Update7中才首次发布，现在已经成为sun主力推动的多合一故障处理工具，并且已经从JDK中分离出来成为可以独立发展的开源项目。
关于两者的使用可以查看官方的指导手册。这里就不详细罗列了。还可以查看本人:jvm-诊断里的文章。

参考资料：
《深入理解java虚拟机》