文章目录
- JDK的命令行工具
- jps: 虚拟机进程状况工具
- jstat：虚拟机统计信息监视工具
- jinfo：Java配置信息工具
- jmap：Java内存映像工具
- jhat：虚拟机堆转储快照分析工具
- jstack：Java堆栈跟踪工具
- 可视化工具
- JConsole
- 启动JConsole
- 内存监控
- 线程监控
- VisualVM：多合一故障处理工具
- VisualVM兼容范围与插件安装
- 生成、浏览堆转储快照
- 分析程序性能
- BTrace动态日志跟踪
给一个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。
JDK的命令行工具
JDK的bin目录中有很多小工具，可以用于监视虚拟机和故障处理。
部分工具需要JMX功能支持。在JDK1.5中，程序启动时要添加参数
-Dcom.sun.management.jmxremote开启JMX管理功能，JDK1.6无须添加该参数，因为它是默认开启的。
常用JDK监控和故障处理工具：
| 名称 | 作用 |
|---|---|
| jps | JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的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（heapdump文件） |
| 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 |
jps: 虚拟机进程状况工具
jps的功能和ps命令类似：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()函数所在的类）名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID（Local Virtual Machine Identifier, LVMID）。对于本地虚拟机进程来说，LVMID与操作系统的进程ID（Process Identifier, PID）是一致的。
# 命令格式：jps [ options ] [ hostid ]
# 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。
示例：
> jsp -l
65175 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
65210 org.hbin.tool.ThreadTest
65212 jdk.jcmd/sun.tools.jps.Jps
65151 com.intellij.idea.Main
该命令的主要参数如下：
| 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，输出jar路径 |
| -v | 输出虚拟机进程启动时JVM参数 |
jstat：虚拟机统计信息监视工具
jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）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装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据，在没有GUI图形界面，只提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。
命令格式：
jstat [ option vmid [ interval [ s | ms ] [ count ] ] ]
- interval 代表查询间隔
- count 代表查询次数，如果省略interval和count，说明只查询一次。
- 单位是s或ms，即秒或毫秒
- option 代表用户希望查询的虚拟机信息，主要分三类：类装载、垃圾收集、运行期编译状况。
如果是本地虚拟机进程，VMID与LVMID是一致的，如果是远程虚拟机进程，那么VMID格式是：
[protocol:][//]lvmid[@hostname[:port]/servername]
jstat主要参数：
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -class | 监视类装载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费的时间 |
| -gc | 监视java堆状况，包括Eden区、两个Survivor区、老年代、永久代等的容量、已用空间、GC时间合计等信息 |
| -gccapacity | 监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注Java堆各个区域使用到的最大、最小空间 |
| -gcutil | 监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比 |
| -gccause | 与-gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次GC产生的原因 |
| -gcnew | 监视新生代GC状况 |
| -gcnewcapacity | 监视内容与-gcnew基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间 |
| -gcold | 监视老年代GC状况 |
| -gcoldcapacity | 监视内容与-gcold基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间 |
| -gcpermcapacity | 输出永久代使用到的最大、最小空间 |
| -compiler | 输出JIT编译器编译过的方法、耗时等信息 |
| -printcompilation | 输出已经被JIT编译的方法 |
示例：
$ jstat -class 65725
Loaded Bytes Unloaded Bytes Time 607 1223.4 0 0.0 0.30
$ jstat -gc 65762S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU MC MU CCSC CCSU YGC YGCT FGC FGCT CGC CGCT GCT 131584.0 125440.0 0.0 85952.0 431104.0 334026.2 519680.0 322748.8 4864.0 3745.4 512.0 412.9 17 1.626 3 2.443 - - 4.069# 输出含义：
S0C: Survivor 0 当前占用的空间大小（单位：字节）。
S1C: Survivor 1 当前占用的空间大小（单位：字节）。
S0U: Survivor 0 已经使用的空间大小（单位：字节）。
S1U: Survivor 1 已经使用的空间大小（单位：字节）。
EC: Eden 当前占用的空间大小（单位：字节）。
EU: Eden 已经使用的空间大小（单位：字节）。
OC: Old Gen 当前占用的空间大小（单位：字节）。
OU: Old Gen 已经使用的空间大小（单位：字节）。
MC: Metaspace 当前占用的空间大小（Java 8 及以上版本）。
MU: Metaspace 已经使用的空间大小（Java 8 及以上版本）。
CCSC: Compressed Class Space 当前占用的空间大小（Java 8 及以上版本）。
CCSU: Compressed Class Space 已经使用的空间大小（Java 8 及以上版本）。
YGC: Young Generation GC 的次数。
YGCT: Young Generation GC 的总耗时（单位：秒）。
FGC: Full GC 的次数。
FGCT: Full GC 的总耗时（单位：秒）。
GCT: GC 的总耗时（Young + Full，单位：秒）。
jinfo：Java配置信息工具
jinfo（Configuration Info for Java）的作用是实时地查看和调整虚拟机各项参数。
使用jps -v可以查看虚拟机启动时显式指定的参数列表，但如果想知道未被显式指定的参数的系统默认值，除了查找资料，只能使用jinfo -flag查询或java -XX:+PrintFlagsFinal（JDK1.6或以上版本）查看。
jinfo -sysprops可以把虚拟机进程的System.getProperties()的内容打印出来。
jinfo -flag[+|-]name或jinfo -flag name=value修改一部分运行期可写的虚拟机参数值。
$ jinfo -flag CMSInitiatingOccupancyFraction 65884
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=-1$ java -XX:+PrintFlagsFinal
[Global flags]int ActiveProcessorCount = -1 {product} {default}uintx AdaptiveSizeDecrementScaleFactor = 4 {product} {default}uintx AdaptiveSizeMajorGCDecayTimeScale = 10 {product} {default}uintx AdaptiveSizePolicyCollectionCostMargin = 50 {product} {default}uintx AdaptiveSizePolicyInitializingSteps = 20 {product} {default}uintx AdaptiveSizePolicyOutputInterval = 0 {product} {default}uintx AdaptiveSizePolicyWeight = 10 {product} {default}uintx AdaptiveSizeThroughPutPolicy = 0 {product} {default}uintx AdaptiveTimeWeight = 25 {product} {default}bool AggressiveHeap = false {product} {default}bool AlignVector = false {C2 product} {default}...$ jinfo 65884
Java System Properties:
#Sat Aug 17 17:11:56 CST 2024
java.runtime.name=Java(TM) SE Runtime Environment
sun.boot.library.path=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-1.8.jdk/Contents/Home/jre/lib
java.vm.version=25.421-b09
gopherProxySet=false
java.vm.vendor=Oracle Corporation
...VM Flags:
-XX:CICompilerCount=3 -XX:InitialHeapSize=134217728 -XX:MaxHeapSize=2147483648 -XX:MaxNewSize=715653120 -XX:MinHeapDeltaBytes=524288 -XX:NewSize=44564480 -XX:OldSize=89653248 -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseFastUnorderedTimeStamps -XX:+UseParallelGC VM Arguments:
jvm_args: -javaagent:/Applications/IntelliJ IDEA.app/Contents/lib/idea_rt.jar=59676:/Applications/IntelliJ IDEA.app/Contents/bin -Dfile.encoding=UTF-8
...# 显示所有系统属性:
jinfo -sysprops <pid># 显示特定系统属性:
jinfo -flag <property_name> <pid># 显示所有系统属性标志:
jinfo -flag * <pid># 添加系统属性:
jinfo -flag <property_name>=<value> <pid># 删除系统属性:
jinfo -flag -D<property_name> <pid>
jmap：Java内存映像工具
jmap（Memory Map for Java）命令用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件）。
还有另外几种方式获取Java堆转储快照：
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：该参数可以让虚拟机在OOM异常后自动生成dump文件-XX:+HeapDumpOnCtrlBreak：该参数可以使用Ctrl+Break键让虚拟机生成dump文件kill -3：通过该命令发送调试目的的信号SIGQUIT给虚拟机，也能生成dump文件。
jmap的作用不仅仅是为了获取dump文件，它还可以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如空间使用率、当前是哪种收集器等。
命令格式：
jmap [ option ] vmid
jmap主要参数：
| 参数 | 作用 |
|---|---|
| -dump | 生成Java堆转储快照。格式：-dump:[live, ]format=b, file=<filename>，其中live子参数说明是否只dump出存活的对象 |
| -finalizerinfo | 显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalize方法的对象。只在Linux/Solaris平台有效 |
| -heap | 显示Java堆详细信息，如使用哪种回收器、参数配置、分代状况等。只在Linux/Solaris平台有效 |
| -histo | 显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量 |
| -permstat | 以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态。只在Linux/Solaris平台有效 |
| -F | 当虚拟机进程对-dump选项没有响应时，可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux/Solaris平台有效 |
示例：
jmap -dump:format=b,file=20240817.bin 66518
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内置一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump文件的分析结果后，可以在浏览器中查看。
一般不会直接用jhat命令分析dump文件，原因有两个：
- 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且消耗硬件资源的过程，会尽量将dump文件复制到其他机器上分析。
- jhat的分析功能相对比较简陋。
> jhat 20240817.bin
Reading from ...
Dump file ...
Snapshot ...
Resolving ...
Chasing ...
Eliminating ...
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.
屏幕显示Server is ready.的提示后，在浏览器输入http://localhost:7000就可以看到分析结果。
分析结果默认是以包为单位进行分组显示，分析内存泄漏问题主要会使用到其中的Heap Histogram与OQL页签的功能，前者可以找到内存中总容量最大的对象，后者是标准的对象查询语言。
jstack：Java堆栈跟踪工具
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文件或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，可以定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。
命令格式：
jstack [ option ] vmid
jstack主要参数：
| 参数 | 作用 |
|---|---|
| -F | 当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈 |
| -l | 除堆栈外，显示关于锁的附加信息 |
| -m | 如果调用到本地方法，可以显示C/C++的堆栈 |
JDK1.5中，java.lang.Thread类新增了一个getAllStackTraces()方法用于获取虚拟机中所有线程的StrackTraceElement对象。可以基于它做一个管理员界面，随时查看线程堆栈信息。
可视化工具
JConsole
JConsole（Java Monitoring and Management Console）是一种基于JMX的可视化监视、管理工具。它管理部分的功能是针对JMX MBean进行管理。
启动JConsole
通过JDK/bin目录下的jconsole.exe或jconsole.sh启动JConsole后，将自动搜索出本机运行的所有虚拟机进程，不需要使用jps查询。选择其中一个进程双击即可开始监控，也可以使用远程进程功能来连接远程服务器。
内存监控
内存页签相当于可视化的jstat命令，用于监视受收集器管理的虚拟机内存（Java堆和永久代）的变化趋势。
示例代码：
java">import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class OOMTest {public static void main(String[] args) throws Exception {// 循环几次，让内存变化更加明显for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("i=" + i);fill(1000);}}public static void fill(int n) throws InterruptedException {List<OOMObject> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < n; i++) {// 以大约64KB/50ms的速率创建新对象list.add(new OOMObject());Thread.sleep(50);}// 调用gc并休眠一会儿，让曲线变化更加明显System.gc();Thread.sleep(500);}
}/*** 占位对象，内含一个64KB的数组*/
class OOMObject {public byte[] array = new byte[64 * 1024];
}
虚拟机参数：
-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseSerialGC
线程监控
线程页签的功能相当于可视化的jstack命令，遇到线程停顿时可以使用这个功能进行监控分析。
示例代码：
java">package org.hbin.tool;import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;/*** @author Haley* @version 1.0* 2024/8/17*/
public class ThreadTest {public static void createBusyThread() {new Thread(() -> {// 演示线程死循环while(true) ;}, "busyThread").start();}public static void createLockThread(final Object lock) {new Thread(() -> {// 演示线程锁等待synchronized (lock) {try {lock.wait();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}, "lockThread").start();}public static void main(String[] args) throws Exception {createBusyThread();createLockThread(new Object());// 演示等待键盘输入BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));reader.readLine();}
}
可以在线程页面查看上述三个线程运行状态和其他线程运行状态。
-
main线程：堆栈追踪显示BufferedReader在readBytes方法中等待键盘输入，这时线程为RUNNABLE状态。线程会被分配运行时间，当readBytes方法检查到流没有更新时会立刻返还执行令牌，这种等待消耗很小的CPU资源。
-
busyThread线程：线程一直在执行空循环，监控显示一直在ThreadTest.java代码的15行，即
while(true);。此时线程为RUNNABLE状态，CPU会在空循环上用尽全部执行时间直到线程切换，这种会消耗较多的CPU资源。
-
lockThread线程：此时正在等待着lock对象的notify或notifyAll方法，线程处于WAITING状态，在被唤醒前不会被分配执行时间。线程处于正常的锁等待，只要lock对象的notify或notifyAll方法被调用，这个线程便能激活并继续执行。
死锁代码示例：
java">package org.hbin.tool;public class DeadLockTest {public static void main(String[] args) {Object a = new Object();Object b = new Object();new Thread(new DeadLockTask(a, b), "ABThread").start();new Thread(new DeadLockTask(b, a), "BAThread").start();}
}class DeadLockTask implements Runnable {Object a;Object b;public DeadLockTask(Object a, Object b) {this.a = a;this.b = b;}@Overridepublic void run() {synchronized (a) {Thread.yield(); // 当前线程放弃CPU的使用权，让给其他相同优先级的线程执行synchronized (b) {System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());}}}
}
运行程序后，在线程页面分别查看两个线程的信息：
ABThread锁定Object@88a40ff，等待Object@78ad2b79
BAThread锁定Object@78ad2b79，等待Object@88a40ff
点击【检测死锁】按钮，出现新的死锁页面，这里可以很清晰的看到死锁情况：两个线程各自拥有对方等待的锁对象，互相卡住，都不存在等到锁释放的希望了。
VisualVM：多合一故障处理工具
VisualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）是目前为止随JDK发布的功能最强大的运行监视和故障处理程序。它除了运行监视、故障处理外，还有很多其他功能。它不需要被监视的程序基于特殊Agent运行，因此它对应用程序的实际性能影响很小，可以直接应用在生产环境中。
VisualVM兼容范围与插件安装
VisualVM基于NetBeans平台开发，具备插件扩展功能，通过插件扩展支持，功能十分强大：
- 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进行Bug反馈
- 其他plugins功能
VisualVM在JDK 1.6 update7中首次出现，但它具备很强的躺下兼容能力。
VisualVM中基本的监视、线程面板功能都以默认插件的形式提供，没有安装其他插件。首次启动后，可以先去【工具】-【插件】下载安装喜欢和需要的插件，也可以去插件中心下载。
Mac环境的JDK中可能没有该程序，可以去VisualVM的官方发行站点下载。
生成、浏览堆转储快照
VisualVM提供了强大的生成、浏览堆转储快照功能，用户可以自行熟悉。
分析程序性能
Profiler页面提供了程序运行期间方法级的CPU执行时间分析以及内存分析功能。可以选择CPU或内存按钮中的一个，然后切换到应用程序中对和程序进行操作，VisualVM会记录相关数据。
Profiling分析会对程序运行性能有一定的影响，一般在生产环境中不推荐使用该功能。
JDK1.5之后，Client模式下的虚拟机加入并且自动开启了类共享。这是在多虚拟机进程中共享rt.jar中类数据以提高加载速度和节省内存的优化。Profiler功能可能会因为类共享而导致被监视的应用程序崩溃，所以最好在被监视程序中使用-Xshare:off参数来关闭类共享优化。
BTrace动态日志跟踪
BTrace是一个有趣的插件，本身也是可以独立运行的程序。它是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。
