java性能调优工具

作者: 骚的掉渣 | 来源:发表于2016-09-19 14:53 被阅读514次

1、JDK命令行工具

1.1、jps命令

jps用于列出Java的进程，jps可以增加参数，-m用于输出传递给Java进程的参数，-l用于输出主函数的完整路径，-v可以用于显示传递给jvm的参数。

jps -l -m -v
31427 sun.tools.jps.Jps -l -m -v -Dapplication.home=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.7.0_55.jdk/Contents/Home -Xms8m

1.2、jstat命令

jstat是一个可以用于观察Java应用程序运行时信息的工具，它的功能非常强大，可以通过它查看堆信息的详细情况，它的基本使用方法为：

jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

选项option可以由以下值组成：

jstat -class pid:显示加载class的数量，及所占空间等信息。  

jstat -compiler pid:显示VM实时编译的数量等信息。

jstat -gc pid:可以显示gc的信息，查看gc的次数，及时间。其中最后五项，分别是young gc的次数，young gc的时间，full gc的次数，full gc的时间，gc的总时间。

jstat -gccapacity:可以显示，VM内存中三代（young,old,perm）对象的使用和占用大小，如：PGCMN显示的是最小perm的内存使用量，PGCMX显示的是perm的内存最大使用量，PGC是当前新生成的perm内存占用量，PC是但前perm内存占用量。其他的可以根据这个类推， OC是old内纯的占用量。

jstat -gcnew pid:new对象的信息。

jstat -gcnewcapacity pid:new对象的信息及其占用量。

jstat -gcold pid:old对象的信息。

jstat -gcoldcapacity pid:old对象的信息及其占用量。

jstat -gcpermcapacity pid: perm对象的信息及其占用量。

jstat -gcutil pid:统计gc信息统计。

jstat -printcompilation pid:当前VM执行的信息。

除了以上一个参数外，还可以同时加上 两个数字，如：jstat -printcompilation 3024 250 6是每250毫秒打印一次，一共打印6次。

这些参数中最常用的参数是gcutil，下面是该参数的输出介绍以及一个简单例子：

S0  — Heap上的 Survivor space 0 区已使用空间的百分比  

S1 — Heap上的 Survivor space 1 区已使用空间的百分比

E — Heap上的 Eden space 区已使用空间的百分比

O — Heap上的 Old space 区已使用空间的百分比

P — Perm space 区已使用空间的百分比

YGC — 从应用程序启动到采样时发生 Young GC 的次数

YGCT– 从应用程序启动到采样时 Young GC 所用的时间(单位秒)

FGC — 从应用程序启动到采样时发生 Full GC 的次数

FGCT– 从应用程序启动到采样时 Full GC 所用的时间(单位秒)

GCT — 从应用程序启动到采样时用于垃圾回收的总时间(单位秒)

实例使用1：

[root@localhost bin]# jstat -gcutil 25444

S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT

11.63 0.00 56.46 66.92 98.49 162 0.248 6 0.331 0.579

1.3、jinfo命令

jinfo可以用来查看正在运行的Java应用程序的扩展参数，甚至在运行时修改部分参数，它的基本语法为：

jinfo <option> <pid>

jinfo可以查看运行时参数：

jinfo -flag MaxTenuringThreshold 31518
-XX:MaxTenuringThreshold=15

jinfo还可以在运行时修改参数值：

> jinfo -flag PrintGCDetails 31518
-XX:-PrintGCDetails

> jinfo -flag +PrintGCDetails 31518

> jinfo -flag PrintGCDetails 31518

-XX:+PrintGCDetails

1.4、jmap命令

jmap命令主要用于生成堆快照文件，它的使用方法如下：

> jmap -dump:format=b,file=heap.hprof 31531
Dumping heap to /Users/caojie/heap.hprof ...

Heap dump file created

获得堆快照文件之后，我们可以使用多种工具对文件进行分析，例如jhat，visual vm等。

1.5、jhat命令

使用jhat工具可以分析Java应用程序的堆快照文件，使用命令如下：

> jhat heap.hprof 
Reading from heap.hprof...

Dump file created Tue Nov 11 06:02:05 CST 2014

Snapshot read, resolving...

Resolving 8781 objects...

Chasing references, expect 1 dots.

Eliminating duplicate references.

Snapshot resolved.

Started HTTP server on port 7000

Server is ready.

jhat在分析完成之后，使用HTTP服务器展示其分析结果，在浏览器中访问http://127.0.0.1:7000/即可得到分析结果。

1.6、jstack命令

jstack可用于导出Java应用程序的线程堆栈信息，语法为：

jstack -l <pid>

jstack可以检测死锁，下例通过一个简单例子演示jstack检测死锁的功能。java代码如下：

package com.huihui.test;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class DeadLock extends Thread {
    protected Object myDirect;
    static ReentrantLock south = new ReentrantLock();
    static ReentrantLock north = new ReentrantLock();

    public DeadLock(Object obj) {
        this.myDirect = obj;
        if (myDirect == south) {
            this.setName("south");
        }
        if (myDirect == north) {
            this.setName("north");
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        if (myDirect == south) {
            try {
                north.lockInterruptibly();
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                south.lockInterruptibly();
                System.out.println("car to south has passed");
            } catch (InterruptedException e1) {
                System.out.println("car to south is killed");
            } finally {
                if (north.isHeldByCurrentThread())
                    north.unlock();
                if (south.isHeldByCurrentThread())
                    south.unlock();
            }
        }

        if (myDirect == north) {
            try {
                south.lockInterruptibly();
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                north.lockInterruptibly();
                System.out.println("car to north has passed");
            } catch (InterruptedException e1) {
                System.out.println("car to north is killed");
            } finally {
                if (north.isHeldByCurrentThread())
                    north.unlock();
                if (south.isHeldByCurrentThread())
                    south.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DeadLock car2south = new DeadLock(south);
        DeadLock car2north = new DeadLock(north);
        car2south.start();
        car2north.start();
        Thread.sleep(1000);
    }

}

使用jps命令查看进程号为32627，然后使用jstack -l 32637 > a.txt命令把堆栈信息打印到文件中，该文件内容如下：

2016-09-18 22:26:12
Full thread dump Java HotSpot(TM) Client VM (25.101-b13 mixed mode, sharing):

"DestroyJavaVM" #10 prio=5 os_prio=0 tid=0x156e6800 nid=0x2648 waiting on condition [0x00000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None


"north" #9 prio=5 os_prio=0 tid=0x156e8800 nid=0x21cc waiting on condition [0x15a5f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x04aad4b0> (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.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:897)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1222)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:335)
    at com.huihui.test.DeadLock.run(DeadLock.java:50)

   Locked ownable synchronizers:
    - <0x04aad488> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)

"south" #8 prio=5 os_prio=0 tid=0x156e8000 nid=0x19e4 waiting on condition [0x159cf000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x04aad488> (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.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:897)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1222)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:335)
    at com.huihui.test.DeadLock.run(DeadLock.java:30)

   Locked ownable synchronizers:
    - <0x04aad4b0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)

"Service Thread" #7 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00f49400 nid=0xfe8 runnable [0x00000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"C1 CompilerThread0" #6 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x00f3f000 nid=0x1314 waiting on condition [0x00000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"Attach Listener" #5 daemon prio=5 os_prio=2 tid=0x00f3d400 nid=0x2d94 waiting on condition [0x00000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x00f2c800 nid=0x2d20 runnable [0x00000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=1 tid=0x00f23c00 nid=0xd3c in Object.wait() [0x0497f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    - waiting on <0x04a08980> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
    at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:143)
    - locked <0x04a08980> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
    at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:164)
    at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209)

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=2 tid=0x00ec6c00 nid=0x3a00 in Object.wait() [0x048ef000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    - waiting on <0x04a06a70> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
    at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
    at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)
    - locked <0x04a06a70> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
    at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)

   Locked ownable synchronizers:
    - None

"VM Thread" os_prio=2 tid=0x00ec2800 nid=0x2414 runnable 

"VM Periodic Task Thread" os_prio=2 tid=0x156e0400 nid=0x28d4 waiting on condition 

JNI global references: 6


Found one Java-level deadlock:
=============================
"north":
  waiting for ownable synchronizer 0x04aad4b0, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "south"
"south":
  waiting for ownable synchronizer 0x04aad488, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "north"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"north":
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x04aad4b0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
    at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:897)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1222)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:335)
    at com.huihui.test.DeadLock.run(DeadLock.java:50)
"south":
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x04aad488> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$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.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:897)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1222)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:335)
    at com.huihui.test.DeadLock.run(DeadLock.java:30)

Found 1 deadlock.

从这个输出可以知道：

1、在输出的最后一段，有明确的"Found one Java-level deadlock"输出，所以通过jstack命令我们可以检测死锁；
2、输出中包含了所有线程，除了我们的north,sorth线程外，还有"Attach Listener", "C2 CompilerThread0", "C2 CompilerThread1"等等；
3、每个线程下面都会输出当前状态，以及这个线程当前持有锁以及等待锁，当持有与等待造成循环等待时，将导致死锁。

1.7、jstatd命令

jstatd命令是一个RMI服务器程序，它的作用相当于代理服务器，建立本地计算机与远程监控工具的通信，jstatd服务器能够将本机的Java应用程序信息传递到远程计算机，由于需要多台计算机做演示，此处略。

1.8、hprof工具

hprof工具可以用于监控Java应用程序在运行时的CPU信息和堆信息，关于hprof的官方文档如下:https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/samples/hprof.html

2、Visual VM工具

Visual VM是一个功能强大的多合一故障诊断和性能监控的可视化工具，它集成了多种性能统计工具的功能，使用Visual VM可以替代jstat、jmap、jhat、jstack等工具。在命令行输入jvisualvm即可启动visualvm。
打开Visual VM之后，左边导航栏会显示出当前机器所有Java进程：

点击你想监控的程序即可对该程序进行监控，Visual VM的性能监控页一共有以下几个tab页：

概述页会显示程序的基本使用情况，比如，进程ID，系统属性，启动参数等。

通过监视页面，可以监视应用程序的CPU、堆、永久区、类加载器和线程数的整体情况，通过页面上的Perform GC和Heap Dump按钮还可以手动执行Full GC和生成堆快照。

线程页面会提供详细的线程信息，单击Thread Dump按钮可以导出当前所有线程的堆栈信息，如果Visual VM在当前线程中找到死锁，则会以十分显眼的方式在Threads页面给予提示。

抽样器可以对CPU和内存两个性能进行抽样，用于实时地监控程序。CPU采样器可以将CPU占用时间定位到方法，内存采样器可以查看当前程序的堆信息。下面是一个频繁调用的Java程序，我们会对改程序进行采样：

package com.huihui.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class MethodTime {
    static java.util.Random r = new java.util.Random();
    static Map<String, String> map = null;
    static {
        map = new HashMap<String, String>();
        map.put("1", "Java");
        map.put("2", "C++");
        map.put("3", "Delphi");
        map.put("4", "C");
        map.put("5", "Phython");
    }

    public String getNameById(String id) {
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return map.get(id);
    }

    public List<String> getNamesByIds(String ids) {
        List<String> re = new ArrayList<String>();
        String[] strs = ids.split(",");
        for (String id : strs) {
            re.add(getNameById(id));
        }
        return re;
    }

    public List<String> getNamesByIdsBad(String ids) {
        List<String> re = new ArrayList<String>();
        String[] strs = ids.split(",");
        for (String id : strs) {
            // A bad code
            getNameById(id);
            re.add(getNameById(id));
        }
        return re;
    }

    public class NamesByIdsThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    int c = r.nextInt(4);
                    String ids = "";
                    for (int i = 0; i < c; i++)
                        ids = Integer.toString((r.nextInt(4) + 1)) + ",";
                    getNamesByIds(ids);
                }
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    }

    public class NamesByIdsBadThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    int c = r.nextInt(4);
                    String ids = "";
                    for (int i = 0; i < c; i++)
                        ids = Integer.toString((r.nextInt(4) + 1)) + ",";
                    getNamesByIdsBad(ids);
                }
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        MethodTime instance = new MethodTime();
        new Thread(instance.new NamesByIdsThread()).start();
        new Thread(instance.new NamesByIdsBadThread()).start();
    }
}

通过Visual VM的采样功能，可以找到改程序中占用CPU时间最长的方法：

默认Visual VM不统计内置对象的函数调用，比如java.*包中的类，如果要统计这些内置对象，单机右上角的设置进行调配。Visual VM虽然可以统计方法的调用时间，但是无法给出方法调用堆栈，Jprofile不仅可以给出方法调用时间，还可以给出方法调用堆栈，较Visual VM更强大。

右击左导航的应用程序，会出现以下菜单：

单机应用程序快照，可以分析当前应用程序的快照，单击堆Dump能够对当前的堆信息进行分析。Visual VM的更多使用方法，可以查看Oracle的官方文档https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/visualvm/index.html

BTrace插件

BTrace是一款功能强大的性能检测工具，它可以在不停机的情况下，通过字节码注入，动态监控系统的运行情况，它可以跟踪指定的方法调用、构造函数调用和系统内存等信息，本部分打算举一个例子，讲解一下BTrace的使用。要在Visual VM中使用Btrace，首先需要安装Btrace插件，点击工具->插件即可在线安装，安装后右键应用程序，就会出现如下选项：

点击Trace application，即可进入BTrace插件界面。使用BTrace可以监控指定函数的耗时，以下脚本通过正则表达式，监控所有类的getNameById方法：

package com.huihui.test;

import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
public class TracingScript {
    @TLS
    private static long startTime = 0;

    @OnMethod(clazz = "/.+/", method = "/getNameById/") // 监控任意类的getNameById方法

    public static void startMethod() {
        startTime = timeMillis();
    }

    @OnMethod(clazz = "/.+/", method = "/getNameById/", location = @Location(Kind.RETURN)) // 方法返回时触发

    public static void endMethod() {
        print(strcat(strcat(name(probeClass()), "."), probeMethod()));
        print(" [");
        print(strcat("Time taken : ", str(timeMillis() - startTime)));
        println("]");
    }
}

点击运行，部分输出如下：

MethodTime.getNameById [Time taken : 5]
MethodTime.getNameById [Time taken : 4]
MethodTime.getNameById [Time taken : 7]
MethodTime.getNameById [Time taken : 7]

BTrace除了可以监控函数耗时外，还可以指定程序运行到某一行代码触发某一行为，定时触发行为，监控函数参数等等。

3、MAT内存分析工具

MAT是一款功能强大的Java堆内存分析器，可以用于查找内存泄露以及查看内存消耗情况，MAT的官方文档如下：http://help.eclipse.org/luna/index.jsp?topic=/org.eclipse.mat.ui.help/welcome.html。
在MAT中有浅堆和深堆的概念，浅堆是指一个对象结构所占用的内存大小，深堆是指一个对象被GC回收后可以真正释放的内存大小。
通过MAT，可以列出所有垃圾回收的根对象，Java系统的根对象可能是以下类：系统类，线程，Java局部变量，本地栈等等。在MAT中还可以很清楚的看到根对象到当前对象的引用关系链。
MAT还可以自动检测内存泄露，单击菜单上的Leak Suspects命令，MAT会自动生成一份报告，这份报告罗列了系统内可能存在内存泄露的问题点。
在MAT中，还可以自动查找并显示消耗内存最多的几个对象，这些消耗大量内存的大对象往往是解决系统性能问题的关键所在。
具体例子，略，网速太慢，至今还未下好。。

java性能调优工具

1、JDK命令行工具

2、Visual VM工具

3、MAT内存分析工具

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