[Java性能剖析]JVM Management API

       JVM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

public interface HotSpotDiagnosticMXBean
{
    void dumpHeap(String s, boolean flag) throws IOException;
    List getDiagnosticOptions();
    VMOption getVMOption(String s);
    void setVMOption(String s, String s1);
}

     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

public interface ClassLoadingMXBean {
    public long getTotalLoadedClassCount();
    public int getLoadedClassCount();
    public long getUnloadedClassCount();
    public boolean isVerbose();
    public void setVerbose(boolean value);
}

     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

public interface CompilationMXBean {
    public java.lang.String    getName();
    public boolean isCompilationTimeMonitoringSupported();
    public long                getTotalCompilationTime();
}

     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

public interface GarbageCollectorMXBean extends MemoryManagerMXBean {
    public long getCollectionCount();
    public long getCollectionTime();
}

    java.lang.management.MemoryManagerMXBean定义是

public interface MemoryManagerMXBean {
    public String getName();
    public boolean isValid();
    public String[] getMemoryPoolNames();
}

    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

public interface GarbageCollectorMXBean
    extends java.lang.management.GarbageCollectorMXBean
{
    GcInfo getLastGcInfo();
}

    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

public interface MemoryMXBean {
    public int getObjectPendingFinalizationCount();
    public MemoryUsage getHeapMemoryUsage();
    public MemoryUsage getNonHeapMemoryUsage();
    public boolean isVerbose();
    public void setVerbose(boolean value);
    public void gc();
}

      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

public interface MemoryManagerMXBean {
    public String getName();
    public boolean isValid();
    public String[] getMemoryPoolNames();
}

     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

public interface MemoryPoolMXBean {
    public String getName();
    public MemoryType getType();
    public MemoryUsage getUsage();
    public MemoryUsage getPeakUsage();
    public void resetPeakUsage();
    public boolean isValid();
    public String[] getMemoryManagerNames();
    public long getUsageThreshold();
    public void setUsageThreshold(long threshold);
    public boolean isUsageThresholdExceeded();
    public long getUsageThresholdCount();
    public boolean isUsageThresholdSupported();
    public long getCollectionUsageThreshold();
    public void setCollectionUsageThreshold(long threhsold);
    public boolean isCollectionUsageThresholdExceeded();
    public long getCollectionUsageThresholdCount();
    public MemoryUsage getCollectionUsage();
    public boolean isCollectionUsageThresholdSupported();
}

     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

public interface OperatingSystemMXBean {
    public String getName();
    public String getArch();
    public String getVersion();
    public int getAvailableProcessors();
    public double getSystemLoadAverage();
}

      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

public interface OperatingSystemMXBean
    extends java.lang.management.OperatingSystemMXBean
{
    long getCommittedVirtualMemorySize();
    long getTotalSwapSpaceSize();
    long getFreeSwapSpaceSize();
    long getProcessCpuTime();
    long getFreePhysicalMemorySize();
    long getTotalPhysicalMemorySize();
}

    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

public interface RuntimeMXBean {
    public String getName();
    public String getVmName();
    public String getVmVendor();
    public String getVmVersion();
    public String getSpecName();
    public String getSpecVendor();
    public String getSpecVersion();
    public String getManagementSpecVersion();
    public String getClassPath();
    public String getLibraryPath();
    public boolean isBootClassPathSupported();
    public String getBootClassPath();
    public java.util.List<String> getInputArguments();
    public long getUptime();
    public long getStartTime();
    public java.util.Map<String, String> getSystemProperties();
}

      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

public interface ThreadMXBean {   
   public int getThreadCount();
    public int getPeakThreadCount();
    public long getTotalStartedThreadCount(); 
    public int getDaemonThreadCount();
    public long[] getAllThreadIds();
    public ThreadInfo getThreadInfo(long id);
    public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids);
    public ThreadInfo getThreadInfo(long id, int maxDepth);
    public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids, int maxDepth);
    public boolean isThreadContentionMonitoringSupported();
    public boolean isThreadContentionMonitoringEnabled();
    public void setThreadContentionMonitoringEnabled(boolean enable);
    public long getCurrentThreadCpuTime();
    public long getCurrentThreadUserTime();
    public long getThreadCpuTime(long id);
    public long getThreadUserTime(long id);
    public boolean isThreadCpuTimeSupported();
    public boolean isCurrentThreadCpuTimeSupported();
    public boolean isThreadCpuTimeEnabled();
    public void setThreadCpuTimeEnabled(boolean enable);
    public long[] findMonitorDeadlockedThreads();
    public void resetPeakThreadCount();
    public long[] findDeadlockedThreads();
    public boolean isObjectMonitorUsageSupported();
    public boolean isSynchronizerUsageSupported();
    public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids, boolean lockedMonitors, boolean lockedSynchronizers);
    public ThreadInfo[] dumpAllThreads(boolean lockedMonitors, boolean lockedSynchronizers);
}

     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

MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
RuntimeMXBean rmxb = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(server,
                "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

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

//Attach 到5656的JVM进程上，后续Attach API再讲解
VirtualMachine virtualmachine = VirtualMachine.attach("5656");

//让JVM加载jmx Agent，后续讲到Java Instrutment再讲解
String javaHome = virtualmachine.getSystemProperties().getProperty("java.home");
String jmxAgent = javaHome + File.separator + "lib" + File.separator + "management-agent.jar";
virtualmachine.loadAgent(jmxAgent, "com.sun.management.jmxremote");

//获得连接地址
Properties properties = virtualmachine.getAgentProperties();
String address = (String)properties.get("com.sun.management.jmxremote.localConnectorAddress");
       
//Detach
virtualmachine.detach();
       
JMXServiceURL url = new JMXServiceURL(address);
JMXConnector connector = JMXConnectorFactory.connect(url);
RuntimeMXBean rmxb = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(connector
                .getMBeanServerConnection(), "java.lang:type=Runtime",RuntimeMXBean.class);

      三、结束语
      可以看到，通过标准的接口，我们已经可以获得运行的JVM很详细的信息，从运行JVM、操作系统，到内存、GC和线程，通过这些标准的接口我们已经可以对JVM进行功能完善的监控。但是仅此是不够的，这部分接口描述的主要是JVM的总体性的信息，而无法提供更多的细节。在下一部分，我们将使用JPDA来更深入地了解JVM内部信息更细节的信息，并了解我们如何通过JVM TI实现自动的性能监控

 

评论

4 楼 AKka 2013-12-12  

看了这篇博文更感觉到自己要学的东西更多了。同时感谢博主的辛勤写博客

3 楼 m635674608 2012-08-31  

还不错……

2 楼 ayufox 2010-04-27  

sw1982 写道

哇，ray果然是牛人，呵呵。 关注之

呵呵，了解地越多，就越发现自己不懂的越多。

1 楼 sw1982 2010-04-26  

哇，ray果然是牛人，呵呵。 关注之