第4章虚拟机性能监控与故障处理工具

作者: 过来摸摸头丶 | 来源:发表于2018-12-25 17:55 被阅读0次

1.概述

给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。数据包括：运行日志、异常堆栈、GC日志、线程快照、堆转储快照等。

2.JDK命令行工具

本章介绍的工具全部基于JDK1.6 Update 21。bin目录下的.exe命令行工具其实都是jdk/lib/tools.jar类库的一层包装。我们先了解一下这个类库：

jps：JVM Process Status Tool，显示指定系统内的所有的HotSpot虚拟机进程。
jstat：JVM Statistics monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据。
jinfo：Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息。
jmap：Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照。
jhat：JVM heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果。
jstack：Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照。

2.1 jps：虚拟机进程状况工具

它的功能和UNIX的ps命令类似：列出正在运行的虚拟机进程，并显示虚拟机执行主类名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID。

命令格式：

jps [ options ] [ hostid ]

jps 执行样例：

Seanol:~ user$ jps -l 
10946 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
9207
11676 sun.tools.jps.Jps

jps 可以通过RMI协议查询开启了RMI服务的远程虚拟机进程状态，hostid为RMI注册表中注册的主机名。jps其他常用选项如下图：

jps主要选项

2.2 jstat：虚拟机统计信息监视工具

监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。显示本地或者远程虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。

命令格式：

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

参数interval和count代表查询间隔和次数，如果忽略说明只查询一次。

## 假设需要每250毫秒查询一次进程2764的垃圾收集情况，一共查询20 次：
jstat -gc 2764 250 20

jstat工具主要option参数

2.3 jinfo：Java配置信息工具

实时查看和调整虚拟机各项参数。

命令格式：

jinfo [ option ] pid

2.4 jmap：Java内存映射工具

用于生成堆转储快照(heapdump/dump)。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、当前用的是哪种收集器等。

命令格式：

map [ option ] vmid

jmap工具主要选项

2.5 jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

与jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照。分析结果可以在浏览器上查看。但一般不用这个来分析，原因是：一般不会在部署应用程序的服务器上直接分析dump文件，分析工作是一个耗时而且消耗硬件资源的过程；另一个原因是jhat的分析功能相对来说比较简陋。

2.6 jstack：Java堆栈跟踪工具

用于生成虚拟机当前时刻的线程快照(threaddump/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常见原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待。

命令格式：

stack [ option ] vmid

jstack工具主要选项

样例：

jstack查看线程堆栈

JDK1.5中，java.lang.Thread类新增了getAllStackTraces()方法用于获取虚拟机中所有线程StackTraceElement对象。可以在实际项目中用这个做个管理员页面。这是原作者的一个小经验。

查看线程状况的JSP页面

2.7 HSDIS：JIT生成代码反汇编

它的作用是让HotSpot的-XX:+PrintAssembly指令调用它来把动态生成的本地代码还原为汇编代码输出，同时还生成了大量非常有价值的注释。

根据自己的操作系统在Project Kenai网站上下载编译好的插件，直接放到JDK_HOME/jre/bin/client和JDK_HOME/jre/bin/server目录中即可。

Project Kenai: http://kenai.com/projects/base-hsdis.
HLLVM圈子中已有编译好的: http://hllvm.group.iteye.com/.

注意：如果使用的是Debug或者FastDebug版的HotSpot，可以直接通过-XX:+PrintAssembly指令使用插件；如果使用Product版的HotSpot，还要额外加入一个-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions参数。

样例：

编译下面代码，使用一下命令执行：

java -XX:+PrintAssembly -Xcomp -XX:CompileCommand=dontinline,*Bar.sum -XX:CompileCommand=compileonly,*Bar.sum test.Bar

测试代码

其中，参数-Xcomp让虚拟机以编译模式执行代码，这样代码可以"偷懒"，不需要执行足够次数来预热就能触发JIT编译。两个-XX:CompileCommand让编译器不要内联sum()并且只编译sum()，-XX:+PrintAssembly就是输出反汇编内容。上面命令结果如下：

测试结果代码

mov %eax，-0x8000(%esp)：检查栈溢。
push %ebp: 保存上一栈帧基址。
sub $0x18，%esp：给新帧分配空间。

-mov 0x8(%ecx),%eax：取实例变量a，0x8(%ecx)就是ecx+0x8的意思，前面"[constans]"节中提示了"this:ecx='test/Bar'"，即ecx寄存器中存放的就是this对象的地址。偏移0x8是越过this对象的对象头，之后就是实例变量a的内存位置。这次是访问"Java堆"中的数据。

mov $0x3d2fad8,%esi：取test.Bar在方法区的指针。
mov 0x68(%esi),%esi：取类变量b，这次是访问方法区中的数据。
add %esi, %eax 和 add %edx, %eax：做两次加法，求a+b+c的值。前面代码把a放在eax中，把b放在esi中，c在[contants]中提示了，"parm0:edx=int"，说明c在edx中。
add $0x18, %esp：撤销栈帧。
pop %ebp：恢复上一栈帧。
test %eax,0x2b0100：轮询方法返回处的SafePoint。
ret：方法返回。

3.JDK的可视化工具

3.1 JConsole：Java监视与管理控制平台

是一种基于JMX的可视化监视、管理工具。

1.启动 JConsole

通过JDK/bin目录下"jconsole.exe"启动，如下图所示，双击选择其中一个进程即可开始监控。

JConsole 启动页面

选择一个进入JConsole主界面，可以看到"概述"、"内存"、"线程"、"类"、"VM摘要"、"MBean"6个页签。如下图所示：

JConsole主界面

2.内存监控

相当于可视化的jstat命令，用于监视收集器管理的虚拟机内存(Java堆和永久代)的变化趋势。通过下面代码来测试一下它的功能。虚拟机参数设置为：-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC，这段代码的含义是：以64KB/50毫秒的速度往Java堆放数据，一共放1000次。

JConsole监视代码

程序运行后，在"内存'页签看到内存池Eden区的运行趋势呈现折线状，如下图所示。监视范围扩大至整个堆后，会发现曲线是一条向上增长的平滑曲线。

Eden区内存变化情况

在1000次循环执行结束，运行了System.gc()，虽然整个新生代Eden和Survivor区基本被清空了，但是老年代的柱状图仍保持高峰状态，说明被填充斤堆中的数据在System.gc()后仍然存活。

3.线程监控

相当于可视化的jstack命令。造成线程长时间停顿的主要原因有：等待外部资源(数据库连接、网络资源、设备资源等)、死循环、锁等待(活锁和死锁)。通过下面代码块分别演示：

/**
     * 线程死循环演示
     */
    public static void createBusyThread(){
        
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true);
            }
        },"testBusyThread");
        thread.start();
    }

    /**
     * 线程锁等待演示
     */
    public static void createLockThread(final Object lock){
        
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock){
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"testLockThread");
        thread.start();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        br.readLine();
        createBusyThread();
        br.readLine();
        Object obj = new Object();
        createLockThread(obj);
    }

程序运行后，首先"线程"页签中选择main线程，如下图所示。堆栈追踪显示BufferedReader在readBytes方法中等待System.in的键盘输入,这时线程为Runnable状态，Runnable状态的线程会被分配运行时间，但readBytes方法检查到流没有更新时会立刻归还执行令牌，这种等待只消耗很小的CPU资源。

main线程

接着监控testBusyThread线程，testBusyThread一直在空循环，这时候线程为Runnable状态，而且没有归还线程执行命令的动作，会在空循环上用尽全部执行时间直到线程切换，这种等待消耗较多的CPU资源。如下图所示，

testBusyThread线程

接着testLockThread线程在等待lock对象的notify或nofityAll方法的出现，线程这时候处于WAITING状态，在被唤醒前不会被分配执行时间。

testLockThread线程

testLockThread线程现在是正常的活锁等待。下面的代码演示了无法再被激活的死锁等待：

/**
 * 线程死锁
 **/
public class SynAddRunnable implements Runnable {

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

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

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            
            new Thread(new SynAddRunnable(1,2)).start();
            new Thread(new SynAddRunnable(2,1)).start();
        }
    }
}

这段代码造成死锁的原因是：Integer.valueOf()方法传入参数在[-128,127]（这个范围的参数会被缓存）范围内，将直接返回缓存中的对象。代码中调用了200次Integer.valueOf()一共只返回了两个不同的对象。

假如在某个线程的两个sychronized块之间发生了一次线程切换，那就会出现线程A等着被线程B持有的Integer.valueOf(1)，线程B又等着被线程A持有的Integer.valueOf(2)，造成死锁。

出现死锁后，JConsole会检测到，如下图所示：

线程死锁

3.2 VisualVM：多合一故障处理工具

优点：不需要被监视的程序基于特殊Agent运行，因此它对应程序的实际性能的影戏那个很小，可以直接用在生产环境中。

1.VisualVM 安装

它支持插件扩展功能的特性，通过插件扩展支持，可以做到：

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CPU、GC、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。
其他插件等

下载并打开VisualVM，选择要安装的插件。

也可以手动下载插件，地址： https://visualvm.github.io/pluginscenters.html

2.生成、浏览堆转储快照

在VisualVM中生成dump文件有两种方式：

在"应用程序"窗口中右键单击应用程序节点，然后选择"堆Dump"。
在"应用程序"窗口中双击应用程序节点以打开应用程序标签，然后在"监视"标签中单击"堆Dump"。

3.分析程序性能

Profiler页签，VisualVM提供了程序运行期间方法级的CPU执行世界分析以及内存分析，对程序性能有比较大的影响，不在生产环境中使用。

4. BTrace 动态日志跟踪

在不停止目标程序运行的前提下，通过HotSpot虚拟机的HotSwap技术动态加入原本并不存在的调试代码。

这项功能对实际生产中的程序很有意义：经常遇到程序出现问题，但排查错误的一些必要信息，如方法参数、返回值等，在开发时没有打印到日志中，以至于不得不停掉服务，通过调试增量加入日志代码以解决问题。

安装BTrace后，VisualVM会出现"Trace Application..."菜单，如下图所示：

BTrace动态跟踪

HotSwap技术：代码热替换技术。

准备了一段简单的Java代码演示BTrace功能：产生两个1000以内的随机整数，输出这两个数字相加的结果，代码如下：

public class BTraceTest {

    public int add(int a, int b){
        return a + b;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        BTraceTest test = new BTraceTest();
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            br.readLine();
            int a = (int)Math.round(Math.random() * 1000);
            int b = (int)Math.round(Math.random() * 1000);
            System.out.println(test.add(a, b));
        }
    }
}

运行后打开VisualVm打开该程序的监视，在BTrace页签填入TracingScript内容，输入的调试代码如下：

@BTrace
public class TracingScript {
        @OnMethod(
                clazz="jvm_demo.chapter4.BTraceTest",
                method="add",
                location=@Location(Kind.RETURN)
        )
    }
    
    public static void func(@Self jvm_demo.chapter4.BTraceTest instance,
                            int a, int b, @Return int result){
        println("调用堆栈：");
        jstack();
        println(strcat("方法参数A： ",str(a)));
        println(strcat("方法参数B： ",str(b)));
        println(strcat("方法结果： ",str(result)));
    }

点击"Start"后可见"BTrace code successfully deployed"字样。

第4章虚拟机性能监控与故障处理工具

1.概述

2.JDK命令行工具

2.1 jps：虚拟机进程状况工具

2.2 jstat：虚拟机统计信息监视工具

2.3 jinfo：Java配置信息工具

2.4 jmap：Java内存映射工具

2.5 jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

2.6 jstack：Java堆栈跟踪工具

2.7 HSDIS：JIT生成代码反汇编

3.JDK的可视化工具

3.1 JConsole：Java监视与管理控制平台

3.2 VisualVM：多合一故障处理工具

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读

第4章 虚拟机性能监控与故障处理工具

1.概述

2.JDK命令行工具

2.1 jps：虚拟机进程状况工具

2.2 jstat：虚拟机统计信息监视工具

2.3 jinfo：Java配置信息工具

2.4 jmap：Java内存映射工具

2.5 jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

2.6 jstack：Java堆栈跟踪工具

2.7 HSDIS：JIT生成代码反汇编

3.JDK的可视化工具

3.1 JConsole：Java监视与管理控制平台

3.2 VisualVM：多合一故障处理工具

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读

第4章虚拟机性能监控与故障处理工具