3、第二部分 自动内存管理-第4章 虚拟机性能监控、故障处理工具

基础故障处理工具

JAVA_HOME下的bin目录包含了一系列小工具：

java的bin下小工具

jps:虚拟机进程状态工具

jps(JVM Process status Tool)：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函数所在类)名称及这些进程的本地虚拟机唯一ID(LVMID，Local Cirtual Machine Identifier)。

jps [options] [hostid]

$ jps -l
9113 sun.tools.jps.Jps
6491 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
99501 

jps工具主要选项

选项	作用
-q	只输出LVMID，省略主类的名称
-m	输出虚拟机进程启动时传递给主类main函数的参数
-l	输出主类的全名，如果进程执行的是JAR包，则输出JAR路径
-v	输出虚拟机进程启动时的JVM参数

jstat(JVM Statistics MonitoringTool)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加载、内存、垃圾收集、即时编译等运行时数据。

jstat [option vmid [interval[s|ms][count]]]

jstat选项图

#2个survivor区(S0、S1，表示Survivor0、Survivor1)，新生代Eden区(E)，老年代(O)，元空间(M)。程序运行以来共发生Minor GC(YGC，表示Young GC)1次，总耗时0.005秒;发生Full GC(FGC，表示Full GC)0次，总耗时(FGCT，表示Full GC Time)为0.000秒;所有GC总耗时(GCT，表示GC Time)为0.005秒
$ jstat -gcutil 6491
  S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
  0.00  53.08  22.84   0.08  96.59  95.82      1    0.005     0    0.000    0.005

jinfo:Java配置信息工具

jinfo(Configuration Info for Java)的作用是实时查看和调整虚拟机各项参数。

# jinfo [ option ] pid
$ jinfo -flag CMSInitiatingOccupancyFraction 6491
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=-1

jmap:Java内存映像工具

jmap(Memory Map for Java)命令用来生成堆转储快照(称为heapdump或dump文件)。还可以查询finalize执行队列、Java堆和方法区的详细信息，如空间使用率，当前用的是哪种收集器等。

jmap [ option ] vmid

jmap工具主要选项

jmap工具主要选项

jmap -dump:format=b,file=eclipse.bin 3500

jhat:虚拟机堆转储快照分析工具

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/Web服务器，生成堆转储快照的分析结果后，可在浏览器中查看。因为jhat比较简陋，一般使用更专业的VisualV、Eclipse Memory Analyzer和IBM HeapAnalyzer等工具。

jhat idea.bin

jhat示意图

jstack:Java堆栈追踪工具

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，生成线程快照的目的通常是定位线程出现长时间卡顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致长时间挂起等。

jstack [ option ] vmid

jstack工具主要选项

jstack -l 6491
2021-06-10 22:10:32
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.181-b13 mixed mode):

"Attach Listener" #14 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00007f8c35979000 nid=0x5707 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None

分析工具汇总

可视化故障处理工具

JConsole、JHSDB、VisualVM和JMC

JHSDB:基于服务性代理的调试工具

JHSDB是一款基于服务性代理(Serviceability Agent，SA)实现的进程外调试工具。服务性代理是HotSpot虚拟机中一组用于映射Java虚拟机运行信息的、主要基于Java语言(含少量JNI代码)实现的API集合。

#jps获取进程id，进入java目录并执行命令，进入图形界面，点击File菜单输入进程id进入界面
sudo java -cp ./lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB

JHSDB

import java.io.IOException;

/**
 * staticObj、instanceObj、localObj存放在哪里?
 */
public class JHSDB_TestCase {
    static class Test {
        static ObjectHolder staticObj = new ObjectHolder();
        ObjectHolder instanceObj = new ObjectHolder();

        void foo() {
            ObjectHolder localObj = new ObjectHolder();
            System.out.println("done");//这里设置一个断点

        }
    }

    private static class ObjectHolder {
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Test test = new JHSDB_TestCase.Test();
        test.foo();
    }
}

JConsole:Java监视与管理控制台

JConsole(Java Monitoring and Management Console)是一款基于JMX(Java Management Extensions)的可视化监视、管理工具。主要功能是通过JMX的MBean(Managed Bean)对系统进行信息收集和参数动态调整。

1. 启动JConsole

#进入java安装目录下的bin
jconsole

JConsole示意图

2. 内存监控
   内存页签的作用相当于jstat命令，用于监视被收集器管理的虚拟机内存(被收集器直接管理的Java堆和被间接管理的方法区)的变化趋势。

import java.util.ArrayList;

/**
 * VM参数：-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC
 * 以64KB/50ms的速度向Java堆中填充数据，一共填充1000次
 * 内存占位符对象，一个OOMObject大约占64KB
 */
public class JConsoleTest {
    static class OOMObject {
        public byte[] placeholder = new byte[64 * 1024];
    }

    public static void fillHeap(int num) throws InterruptedException {
        ArrayList<OOMObject> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            // 稍作延时，令监视曲线的变化更加明显
            Thread.sleep(50);
            list.add(new OOMObject());
        }

        System.gc();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        fillHeap(1000);
    }
}

在“内存”页签中可以看到内存池Eden区的运行趋势呈现折线状，监视范围扩大至整个堆后，会发现曲线是一直平滑向上增长的。在循环1000次后，执行System.gc()后，虽然整个新生代Eden和Survivor区都基本被清空了，但是代表老年代的柱状图仍然保持峰值状态，说明被填充进堆中的数据在System.gc()方法执行之后仍然存活。

内存

System.gc()之后，空间未被回收是因为list对象仍然存活，fillHeap方法仍然没有退出，因此list对象在System.gc()执行时仍然处于作用域之内。将代码书写在作用域外即可。

import java.util.ArrayList;

/**
 * VM参数：-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC
 * 以64KB/50ms的速度向Java堆中填充数据，一共填充1000次
 * 内存占位符对象，一个OOMObject大约占64KB
 */
public class JConsoleTest {
    static class OOMObject {
        public byte[] placeholder = new byte[64 * 1024];
    }

    public static void fillHeap(int num) throws Exception {
        ArrayList<OOMObject> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            // 稍作延时，令监视曲线的变化更加明显
            Thread.sleep(50);
            list.add(new OOMObject());
        }

//        System.gc();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        fillHeap(1000);
        System.gc();
        System.in.read();
    }
}

1. 线程监控
   "线程"页签相当于可视化的jstack命令。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class BusyAndLockThreadTest {
    /**
     * 线程死循环演示
     */
    public static void createBusyThread() {
        new Thread(() -> {
            while (true);//41行
        }, "testBusyThread").start();
    }

    /**
     * 线程锁等待演示
     * @param lock
     */
    public static void createLockThread(final Object lock) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "testLockThread").start();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        br.readLine();
        createBusyThread();
        br.readLine();
        Object lock = new Object();
        createLockThread(lock);
//        System.in.read();
    }
}

//Integer.valueOf(a)会对数值为-128-127的Integer对象缓存，容易发生死锁
public class DeadLockTest {
    static class SynAddRunnable implements Runnable {
        int a, b;

        public SynAddRunnable(int a, int b) {
            this.a = a;
            this.b = b;
        }

        @Override
        public void run() {
            synchronized (Integer.valueOf(a)) {
                System.out.println(a + b);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(new SynAddRunnable(1, 2)).start();
            new Thread(new SynAddRunnable(2, 1)).start();
        }
    }
}

VisualVM:多合-故障处理工具

VisualVM(All-in-One Java Troubleshooting Tool)是功能最强大的运行监视和故障处理程序之一。
VisualVM兼容范围与插件安装

• 显示虚拟机进程以及进程的配置、环境信息(jps、jinfo)

• 监视应用程序的处理器、垃圾收集、堆、方法区以及线程的信息(jstat、jstack)

• dump 以及分析堆转储快照(jmap 、jhat )

• 方法级的程序运行性能分析，找出被调用最多、运行时间最长的方法

• 离线程序快照:收集程序的运行时配置、线程dump 、内存dump 等信息建立一个快照，可以将快 照发送开发者处进行Bug反馈

2. 生成、浏览堆转储快照

• 堆dump方式

  
  堆dump方式
  

• 堆dump后分析

  
  

3. 分析程序性能

   
   

Java Mission Control:可持续在线的监控工具

#进入java安装目录，执行jmc

可远程连接

源自书籍：深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）-周志明