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海量用户如何处理啊?缓存服务器?大数据?
面向海量服务的设计原则和策略总结 -
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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 ...
[Java性能剖析]JVM Management API -
sswh:
非常不错,感谢分享!!
[Java性能剖析]Sun JVM Attach API -
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请问在Android开发中的什么场景下,会用到ObjectWe ...
[字节码系列]ObjectWeb ASM构建Method Monitor -
zoutuo:
前辈可否告知其中的“吞吐量”指的是什么?谢谢!
[Java性能剖析]Sun JVM内存管理和垃圾回收
参考:http://java.sun.com/javase/6/docs/platform/jvmti/jvmti.html
JVM通过JVM TI为外部访问JVM内部状态定义了标准的服务,基本上各种性能剖析工具都是基于JVM TI及其前身JVM DI/JVM PI开发的,包括Visual VM、Eclipse TPTP(Test and Performance Tools Platform)的CPU Profiler和Memory Profiler,JVM TI的前身是JVM PI(JVM Profile Interface)和JVM DI(JVM Debug Interface),其中JVM PI在JDK6中已经被废弃,但仍然有不少剖析工具是基于JVM PI开发的,譬如JProfiler、TPTP都支持JVM PI。
我们称一个JVM TI的客户端程序为Agent,Agent与JVM位于同一个进程内。JVM TI提供了两方面的接口:一方面提供了对JVM内部信息的查询,另一方面提供了一些事件,JVM TI Agent可以向JVM注册一些感兴趣的事件(譬如进入方面或加载了类),并在事件发生时获得JVM的通知。后面我们将大概地了解JVM TI具体会提供哪些功能。
JVM TI接口使用C/C++语言开发,在代码中需要包含#include <jvmti.h>
1.Agent启动:JVM TI Agent有两种启动方式,一种是与JVM一起启动,另一种是在JVM启动之后,通过Attach到该JVM(关于Attach,后续BLOG会详细介绍),然后让该JVM加载Agent
1) 与JVM一起启动
The name following -agentlib: is the name of the library to load. Lookup of the library, both its full name and location, proceeds in a platform-specific manner. Typically, the <agent-lib-name> is expanded to an operating system specific file name. The <options> will be passed to the agent on start-up. For example, if the option -agentlib:foo=opt1,opt2 is specified, the VM will attempt to load the shared library foo.dll from the system PATH under WindowsTM or libfoo.so from the LD_LIBRARY_PATH under the SolarisTM operating environment.
-agentpath:<path-to-agent>=<options>
The path following -agentpath: is the absolute path from which to load the library. No library name expansion will occur. The <options> will be passed to the agent on start-up. For example, if the option -agentpath:c:\myLibs\foo.dll=opt1,opt2 is specified, the VM will attempt to load the shared library c:/myLibs/foo.dll.
如上在JVM启动参数中指定启动Agent,譬如TPTP的性能剖析Agent就是使用这种方式装载的
大家可能会很奇怪地发现,JVM的调试agent启动方式是如下,其实如下是JVMDI的方式,JDK5开始后开始支持-agentlib:jdwp的方式,详细参见《Connection and Invocation Details 》
与JVM启动的Agent,JVM会回调如下接口对Agent进行初始化(可以理解为Agent的入口函数)
JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnLoad(JavaVM *vm, char *options, void *reserved)
2) Attach后启动:我们可以在Client JVM上通过Attach API连接到被调试端的JVM上(大部分平台只支持本地进程Attach,Sun Solaris系统下的JVM支持Remote Attach),并在被调试的JVM上加载Agent。这种方式的好处在于我们并不需要在被调试/剖析端上事先指定参数,而是在需要调试/剖析的时候,才去加载调试/剖析Agent。由于需要依赖Attach API,大部分剖析工具需要支持JDK6以下版本的工具大都不支持这种方式(譬如TPTP),Visual VM虽然支持这种方式对JVM进行剖析,可惜的是Visual JVM对于性能剖析部分只支持本地的JVM。(Visual VM远程剖析架构上比较简单,具体讲到Visual VM再说明)
这种方式启动的Agent,JVM会回调如下接口对Agent进行初始化(可以理解为Agent的入口函数)
JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnAttach(JavaVM* vm, char *options, void *reserved)
在启动之后我们可以通过如下方式获得一个jvmtiEnv指针,而jvmtiEnv代表了与JVM的连接,所有的功能都可以通过jvmtiEnv指针来获得
jvmtiEnv *jvmti; ... (*jvm)->GetEnv(jvm, &jvmti, JVMTI_VERSION_1_0);
2.Agent结束:在JVM退出的时候,会回调Agent的结束接口,我们可以通过该回调来进行一些资源释放的工作
JNIEXPORT void JNICALL Agent_OnUnload(JavaVM *vm);
3.查询接口
我们通过查询接口获取到JVM的内部信息或者做事件注册,JVM TI提供了如下的接口,下面我们预览一下主要的功能,了解JVM为我们提供了些什么
1)辅助功能
- Memory Management系列:JVM TI为Agent提供了内存分配和释放的接口,这个功能与JVM内部无关
- Raw Monitor系列:类似于互排斥量,通过Raw Monitor来保护执行区域,与Memory Management系列一样是一个辅助性的功能
2)调试
- Force Early Return系列:这个系列能够控制JVM终止当前正在执行的函数,并返回一个值回去
- Local Variable系列:通过这个系列可以修改本地变量的值,主要用于调试用途
- Breakpoint系列:可以通过这个系列设置断点、清除断点,主要用于调试用途
- Watched Field系列:通过这个系列设置要观察的属性,当属性被访问时触发事件回调(相当于注册事件)
3)线程
- Thread系列:这个系列提供了JVM线程相关信息的访问,包括获得所有线程信息、获得当前线程信息、获得线程状态、获得线程栈、挂起线程、停止线程、打断线程(Interrupt)、获得线程Monitor等等
- Thread Group系列:这个系列提供了JVM线程组相关信息的访问,包括获得线程组及组下的线程信息等等
Stack Frame系列:这个系列提供了访问JVM线程堆栈信息,一般线程系列联合使用,包括获得所有线程栈、获得指定线程的线程栈、获得栈深度、获得栈位置、POP出栈等 - Stack Frame系列:这个系列提供了访问JVM线程堆栈信息,一般线程系列联合使用,包括获得所有线程栈、获得指定线程的线程栈、获得栈深度、获得栈位置、POP出栈等
4)堆
- Heap/ Heap (1.0)系列:通过这个系列可以访问堆内存中的对象数据,包括遍历、打TAG(后续可以通过TAG查询到所有打了TAG的对象)、GC、遍历某个类的对象等等
- Class系列:通过这个系列可以对加载类访问和处理,包括获得类信息、获得加载器信息、重新加载类定义等。其中我们可以通过java.lang.instrutment,使用Java语言实现重新加载类定义的功能。
Object系列:获得对象相关的信息,譬如对象的大小、HashCode和Monitor。 - Field/Method系列:获取属性相关的信息,相当于C/C++版的java.lang.reflect,除此之外提供了一些额外的信息,譬如可以获取到方法的字节码、Max Locals(即jvm汇编中的 .limit local xx 这个汇编指令中的xx)
- Class Loader Search系列:通过这个系列可以增加类加载路径,譬如BootstrapClassLoader的搜索路径(默认是jre/lib)、譬如SystemClassLoader的搜索路径(classpath定义)
5)JNI
- JNI Function Interception系列:这个系列通过修改JNI Table的方式提供对JNI方法的拦截,可以理解为JNI函数的一个拦截器
6)事件
- Event Management系列:通过这个系列的API我们可以向JVM设置回调方法,JVM在事件发生时回调这些方法,譬如进入方法的事件、线程停止的事件等。一般用于调试,虽然也可以通过事件的方式来进行性能剖析(譬如拦截方法的进入和退出事件),但使用直接字节码增强的方式在性能上会更加有效。具体可以处理的事件可以参见后面的事件部分。
7)杂项
- Extension Mechanism系列:这个系列允许JVM TI的实现者(JVM)在基准API的基础上提供更丰富的功能,譬如定义新的事件类型等。
- Capability系列:相当于告诉JVM TI需要允许访问哪些功能,对于JVM TI来说,有些功能(Capability)默认是提供的(Required Functionality),即不需要Agent告诉(调用Capability的接口)JVM TI,而对一些则是默认不提供的(Optional Functionality),在获取该功能之前,Agent必须先告诉(调用Capability的接口)JVM TI。哪些是Required哪些是Optional,可以参阅JVM TI参考文档的jvmtiCapabilities - The Capabilities Structure部分 )
- Timers系列:可以通过这个系列获得时间相关的信息,譬如线程的CPU时间等
- System Properties系列:相当于C/C++版的System.getProperty/System.setProperty/System.getProperties
- General系列:杂项,包括C/C++版的System的env功能、获得版本号、Verbose Flag设置等
4.事件
如下是JVM TI支持的一些事件的回调方法格式,通过如上的Event Management系列注册回调方法,而具体回调方法的格式将在此定义,详细可参见JVM TI参考文档的Event Index
部分
- Breakpoint
- Class File Load Hook/Class Load/Class Prepare
- Compiled Method Load/Compiled Method Unload
- Data Dump Request
- Dynamic Code Generated
- Exception/Exception Catch
- Field Access/Field Modification
- Frame Pop
- Garbage Collection Finish/Garbage Collection Start
- Method Entry/Method Exit
- Monitor Contended Enter/Monitor Contended Entered/Monitor Wait/Monitor Waited
- Native Method Bind
- Object Free
- Resource Exhausted
- Single Step
- Thread End/Thread Start
- VM Death Event/VM Initialization Event/VM Object Allocation
5.实现范例讲解(jvm hprof):
Hprof是JVM自带的一个堆/性能剖析工具,具体详细功能说明可以参见Hprof说明文档
。本部分将通过分析Hprof的执行剖析(CPU Sample)部分的源码,来了解我们如何利用JVM TI进行相关的性能剖析的。
Hprof的CPU Sample功能处理原理上是定期地分析线程中的信息,在处理上我们需要的功能是定时触发和分析线程信息。Hprof的代码可以在JAVA_HOME/demo/jvmti/hprof中获取。
1)启动和停止:首先我们要定义的当时就是Agetn的启动和停止回调
(hprof_init.h) JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnLoad(JavaVM *vm, char *options, void *reserved); JNIEXPORT void JNICALL Agent_OnUnload(JavaVM *vm);
在hprof_init.c中定义了这两个回调的函数的实现,其中Agent_OnLoad我们可以理解为入口的函数,我们将从这个地方开始
2)获得jvmtiEnv:如我们前面知道的,jvmtiEnv代表了一个同向JVM内部的连接,在调用任何功能之前,我们首先需要获jvmtiEnv的指针
(hprof_init.c) jvmtiEnv *jvmti = NULL; jint res; jint jvmtiCompileTimeMajorVersion; jint jvmtiCompileTimeMinorVersion; jint jvmtiCompileTimeMicroVersion; res = JVM_FUNC_PTR(gdata->jvm,GetEnv) (gdata->jvm, (void **)&jvmti, JVMTI_VERSION_1); /* 此处把宏JVM_FUNC_PTR展开,变成 *(*((*(env))->GetEnv))(gdata->jvm, (void **)&jvmti, JVMTI_VERSION_1) */
3)设置Capability:对一些Optional的功能,我们要通过设置Capability开启相应的功能,譬如如下部分
(hprof_init.c) jvmtiCapabilities needed_capabilities; jvmtiCapabilities potential_capabilities; …… if (gdata->cpu_timing || gdata->cpu_sampling) { #if 0 /* Not needed until we call JVMTI for CpuTime */ needed_capabilities.can_get_thread_cpu_time = 1; needed_capabilities.can_get_current_thread_cpu_time = 1; #endif needed_capabilities.can_generate_exception_events = 1; } ……
最后进行一个addCapability的操作
(hprof_init.c) void addCapabilities(jvmtiCapabilities *pcapabilities) { jvmtiError error; error = JVMTI_FUNC_PTR(gdata->jvmti,AddCapabilities) (gdata->jvmti, pcapabilities); if (error != JVMTI_ERROR_NONE) { HPROF_ERROR(JNI_FALSE, "Unable to get necessary JVMTI capabilities."); error_exit_process(1); /* Kill entire process, no core dump wanted */ } }
4)注册事件回调和注册时间:接下来我们需要注册回调方法,对于我们的范例,我们需要关注VM初始化事件,在初始化事件中开始Sample线程
static void set_callbacks(jboolean on) { jvmtiEventCallbacks callbacks; (void)memset(&callbacks,0,sizeof(callbacks)); if ( ! on ) { setEventCallbacks(&callbacks); return; } /* JVMTI_EVENT_VM_INIT */ callbacks.VMInit = &cbVMInit; /* JVMTI_EVENT_VM_DEATH */ callbacks.VMDeath = &cbVMDeath; …… } static void setup_event_mode(jboolean onload_set_only, jvmtiEventMode state) { if ( onload_set_only ) { setEventNotificationMode(state, JVMTI_EVENT_VM_INIT, NULL); setEventNotificationMode(state, JVMTI_EVENT_VM_DEATH, NULL); …… }
OK,一切准备就绪,坐等VM初始化事件发生
5)VM初始化时间:VM开始初始化,我们创建Sample线程(我们在上面设置的VM初始化事件回调是cbVMInit)
(hprof_init.c) static void JNICALL cbVMInit(jvmtiEnv *jvmti, JNIEnv *env, jthread thread) { …… /* Start up cpu sampling thread if we need it */ if ( gdata->cpu_sampling ) { /* Note: this could also get started later (see cpu) */ cpu_sample_init(env); } …… } (hprof_cpu.c) void cpu_sample_init(JNIEnv *env) { gdata->cpu_sampling = JNI_TRUE; /* Create the raw monitors needed */ gdata->cpu_loop_lock = createRawMonitor("HPROF cpu loop lock"); gdata->cpu_sample_lock = createRawMonitor("HPROF cpu sample lock"); rawMonitorEnter(gdata->cpu_loop_lock); { createAgentThread(env, "HPROF cpu sampling thread", &cpu_loop_function); /* Wait for cpu_loop_function() to notify us it has started. */ rawMonitorWait(gdata->cpu_loop_lock, 0); } rawMonitorExit(gdata->cpu_loop_lock); }
6)利用RawMonitor做定时器
(hprof_cpu.c) static void JNICALL cpu_loop_function(jvmtiEnv *jvmti, JNIEnv *env, void *p) { …… /* This is the normal short timed wait before getting a sample */ rawMonitorWait(gdata->cpu_sample_lock, (jlong)gdata->sample_interval); …… /* Sample all the threads and update trace costs */ if ( !gdata->pause_cpu_sampling) { tls_sample_all_threads(env); } …… }
7)分析线程信息
(hprof_tls.c) /* Sample ALL threads and update the trace costs */ void tls_sample_all_threads(JNIEnv *env) { ThreadList list; jthread *threads; SerialNumber *serial_nums; table_lock_enter(gdata->tls_table); { int max_count; int nbytes; int i; /* Get buffers to hold thread list and serial number list */ max_count = table_element_count(gdata->tls_table); nbytes = (int)sizeof(jthread)*max_count; threads = (jthread*)HPROF_MALLOC(nbytes); nbytes = (int)sizeof(SerialNumber)*max_count; serial_nums = (SerialNumber*)HPROF_MALLOC(nbytes); /* Get list of threads and serial numbers */ list.threads = threads; list.infos = NULL; list.serial_nums = serial_nums; list.count = 0; list.env = env; table_walk_items(gdata->tls_table, &get_thread_list, (void*)&list); /* Increment the cost on the traces for these threads */ trace_increment_all_sample_costs(list.count, threads, serial_nums, gdata->max_trace_depth, JNI_FALSE); /* Loop over local refs and free them */ for ( i = 0 ; i < list.count ; i++ ) { if ( threads[i] != NULL ) { deleteLocalReference(env, threads[i]); } } } table_lock_exit(gdata->tls_table); /* Free up allocated space */ HPROF_FREE(threads); HPROF_FREE(serial_nums); }
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