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JVM 性能监控工具之命令行篇 |
JVM 性能监控之命令行篇 |
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二哥的Java进阶之路，小白的零基础Java教程，从入门到进阶，Java问题诊断和排查工具（查看JVM参数、内存使用情况及分析） |
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记得 2014 年我在写大宗期货交易平台的时候，遇到了一些棘手的问题，可能是因为我的并发编程知识掌握的不够扎实，导致出现了内存泄漏的问题。
当时排查了好久，用的工具就是 JDK 自带的 jconsole，之前也没有过类似的性能监控经验，就导致在查找问题的时候非常痛苦，至今印象深刻。
那今天我们就从工具篇出发，来看看这些命令行工具的具体使用方法，以及如何排查问题。
除了我们的老朋友 java 和 javac 命令，在 Java 的 bin 目录下，还有很多其他的命令行工具，比如说用于性能监控的 jps、jstat、jinfo、jmap、jstack、jcmd 等等。
我用的 macOS，Windows 用户看到的可能是带有 .exe 结尾的，但是功能都是一样的，我就不再刻意去截图了。
接下来，我来给大家一一介绍一下这些工具的用途，认个脸熟。
jps（Java Virtual Machine Process Status Tool）类似 Linux 下的 ps，用于快速查看哪些 Java 应用正在运行，以及它们的进程 ID，这对于进一步使用其他 JVM 工具进行诊断是必要的。
jps 命令格式：
jps [ options ] [ hostid ]
jps 命令示例：
①、注意看第三个进程正是我本地运行着的技术派实战项目，一个前后端分离的 Spring Boot+React 的社区项目，帮助不少球友拿到了心仪的校招 Offer。
②、pid 是什么？pid 是进程 ID，是操作系统分配给进程的唯一标识符，可以用来查看进程的详细信息。
通常情况下，我们关闭一个进程可以通过右上角的 X 号来完成，但有了 pid，我们可以直接在命令行通过 kill 命令来关闭进程，比如：
kill -9 pid
意思是强制关闭 pid 对应的进程，新手可千万别在生产环境下乱 kill 哈（😂）。
再来看一下 jps 的常用选项：
| 选项列表 | 描述 |
|---|---|
| -q | 只输出进程 ID，忽略主类信息 |
| -l | 输出主类全名，或者执行 JAR 包则输出路径 |
| -m | 输出虚拟机进程启动时传递给主类 main() 方法的参数 |
| -v | 输出虚拟机进程启动时的 JVM 参数 |
jstat（Java Virtual Machine Statistics Monitoring Tool）用于监控 JVM 的各种运行时状态信息，提供有关垃圾回收、类加载、JIT 编译等运行数据。
jstat 命令格式为：
jstat [ option vmid [interval[s|ms] [count]] ]
选项 option 主要分为三类：类加载、垃圾收集、运行期编译状况。
①、-class：监视类装载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费的时间。
如下命令 jstat -class -t 75952 1000 2 会输出进程 75952 的类装载信息，每秒统计一次，一共输出两次。
- Loaded：加载的类的数量。
- Bytes：所有加载类占用的空间大小。
- Unloaded：卸载的类的数量。
- Time：类加载器所花费的时间。
②、-gc：监视 Java 堆状况，包括 Eden 区、2 个 Survivor 区、老年代等容量、已用空间、GC 时间合计等信息。
如下命令 jstat -gc 75952 1000 2 会输出进程 75952 的 GC 信息，每秒统计一次，一共输出两次。结果比较多，我就截断折叠了一下，方便大家查看。
- S0C, S1C, S0U, S1U：Survivor 区的大小和使用情况，一个 From 一个 To，C 为当前大小（Current），U 为已使用大小（Used）。
- EC, EU：Eden 区的大小和使用情况。
- OC, OU：老年代（Old）的大小和使用情况。
- MC, MU：元空间（Metaspace）的大小和使用情况。
- GC，GCC：GC 表示垃圾回收器进行 Minor GC（年轻代垃圾回收）的累计次数和总时间；GCC 表示垃圾回收器进行 Major GC（老年代垃圾回收，也称为 Full GC）的累计次数和总时间。
③、-compiler：监视 JIT 编译器编译过的方法、耗时等信息。
- Compiled：编译的方法数量。
- Failed：编译失败的方法数量。
- Invalid：失效的编译方法数量。
- Time：编译所花费的时间。
如下命令 jstat -compiler 75952 1000 2 会输出进程 75952 的编译信息，每秒统计一次，一共输出两次。
好，我们再来总结一下 jstat 的主要选项，见下表：
| 选项列表 | 描述 |
|---|---|
| -class | 监视类加载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费时长 |
| -gc | 监视 Java 堆情况，包括 Eden 区、2 个 Survivor 区、老年代、元空间等，容量、已用空间、垃圾收集时间合计等信息 |
| -gccapacity | 监视内容与-gc 基本一致，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垃圾收集产生的原因 |
| -gcnew | 监视新生代垃圾收集情况 |
| -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 | 监视老年代垃圾收集情况 |
| -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 |
| -compiler | 输出即时编译器编译过的方法、耗时等信息 |
| -printcompilation | 输出已经被即时编译的方法 |
jinfo（Configuration Info for Java）用于在补重启应用的情况下，调整虚拟机的各项参数，或者输出 Java 进程的详细信息。
jinfo 命令格式：
jinfo [ option ] pid
如下命令 jinfo -flags 88952 会输出进程 88952 的 JVM 参数信息。
不过很遗憾的是，我的 macOS 系统上，jinfo 命令无法执行成功，后来经过各种实验找到了解决办法。
可能的原因是，我的 macOS 上装了太多的 JDK 版本，导致 Intellij IDEA 中编译的 JDK 和 jinfo 的版本不一致。
那怎么解决呢？
尝试方案 1：用相同的 JDK 版本编译运行 Java 程序，并使用相同的 JDK 的 jinfo 来查看。
结果依然报错，可能的原因是 JDK 版本过旧。
尝试方案 2： 用 JDK 11 来测试，代码用 JDK 11 编译和运行。
然后用 JDK 11 的 jinfo 来查看，成功了。
再试一下 jinfo -flags 10025 命令，也 OK。
之所以把这个问题的解决思路同步上来，也是希望能给球友们提供一些日常遇到开发问题时的解决思路。
jmap 命令用于生成堆转储快照（一般称为 heap dump 或 dump 文件）。堆转储包含了 JVM 堆中所有对象的信息，包括类、属性、引用等。这对于分析内存泄漏和优化内存使用非常有帮助。
当然了，jmap 的作用不局限于此，它还可以查看堆的空间使用率、当前用的是哪种垃圾收集器等。
jmap 命令格式：
jmap [ option ] vmid
如下命令 jmap -histo 10025 会输出进程 10025 的堆内存中所有对象的数量和占用内存大小的汇总信息，按照内存使用量排序。
如下命令 jmap -dump:format=b,file=heap.hprof 10025 会输出进程 10025 的堆快照信息，保存到文件 heap.hprof 中。
简单解释一下这条命令：
- format：文件格式，这里是 b，表示二进制格式。
- file：文件名。
那么，我们可以用什么工具来打开这个文件呢？后面会讲。我们先来看一下 jmap 的主要选项:
| 选项 | 描述 |
|---|---|
| -dump | 生成 Java 堆转储快照。 |
| -finalizerinfo | 显示在 F-Queue 中等待 Finalizer 线程执行 finalize 方法的对象。Linux 平台 |
| -heap | 显示 Java 堆详细信息，比如：用了哪种回收器、参数配置、分代情况。Linux 平台 |
| -histo | 显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量 |
| -F | 当虚拟机进程对 -dump 选项没有响应式，可以强制生成快照。Linux 平台 |
jstack 用于打印出 JVM 中某个进程或远程调试服务的线程堆栈信息（一般称为 threaddump 或者 javacore 文件）。它常用于诊断应用程序中的线程问题，比如线程死锁、死循环或长时间等待。
jstack 命令格式：
jstack [ option ] vmid
如下 jstack -l 10025 会输出进程 10025 的线程堆栈信息，包括锁信息。
jstack 工具主要选项：
| 选项 | 描述 |
|---|---|
| -F | 当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈 |
| -l | 除了堆栈外，显示关于锁的附加信息 |
| -m | 如果调用的是本地方法的话，可以显示 c/c++的堆栈 |
我们来通过一个线程死锁的问题，来看一下 jstack 的使用方法。
首先，我们编写一个死锁的程序：
class DeadLockDemo {
private static final Object lock1 = new Object();
private static final Object lock2 = new Object();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (lock1) {
System.out.println("线程1获取到了锁1");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (lock2) {
System.out.println("线程1获取到了锁2");
}
}
}).start();
new Thread(() -> {
synchronized (lock2) {
System.out.println("线程2获取到了锁2");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (lock1) {
System.out.println("线程2获取到了锁1");
}
}
}).start();
}
}我们创建了两个线程，每个线程都试图按照不同的顺序获取两个锁（lock1 和 lock2）。这种锁的获取顺序不一致很容易导致死锁。
运行这段代码，果然卡住了。
运行 jstack pid 命令，可以看到死锁的线程信息。诚不欺我！
jcmd 是一个多功能命令，可以用于收集堆转储、生成 JVM 和 Java 应用程序的性能数据，以及动态更改某些 Java 运行时参数。jcmd 提供的功能比其他单一命令，如 jstack, jmap, jstat 都要强大。
例如，使用 jcmd -l 列出当前的所有 Java 应用，和 jps 类似：
例如，使用 jcmd 10025 help 查看进程 10025 支持的命令：
例如，使用 jcmd 10025 VM.flags 查看进程 10025 的 JVM 参数，相当于 jinfo -flags 10025：
例如，使用 jcmd 10025 Thread.print 查看进程 10025 的线程信息，相当于 jstack 10025：
jmcd 命令格式：
jcmd <pid | main class> <command ... | PerfCounter.print | -f file>
jmcd 的主要选项：
| 选项 | 描述 | 补充 |
|---|---|---|
| help | 打印帮助信息，示例：jcmd help [] | 无 |
| ManagementAgent.stop | 停止 JMX Agent | 无 |
| ManagementAgent.start_local | 开启本地 JMX Agent | 无 |
| ManagementAgent.start | 开启 JMX Agent | 无 |
| Thread.print | 参数-l 打印 java.util.concurrent 锁信息，相当于：jstack | 无 |
| PerfCounter.print | 相当于：jstat -J-Djstat.showUnsupported=true -snap | 无 |
| GC.class_histogram | 相当于：jmap -histo | 无 |
| GC.heap_dump | 相当于：jmap -dump:format=b,file=xxx.bin | 无 |
| GC.run_finalization | 相当于：System.runFinalization() | 无 |
| GC.run | 相当于：System.gc() | 无 |
| VM.uptime | 参数-date 打印当前时间，VM 启动到现在的时候，以秒为单位显示 | 无 |
| VM.flags | 参数-all 输出全部，相当于：jinfo -flags , jinfo -flag | 无 |
| VM.system_properties | 相当于：jinfo -sysprops | 无 |
| VM.command_line | 相当于：jinfo -sysprops | grep command |
| VM.version | 相当于：jinfo -sysprops | grep version |
除了 JDK 自带的命令行，我们很多时候还要使用操作系统为我们提供的命令行工具，来完成性能监控的监测。
比如说 top、vmstat、iostat、netstat 等等。
top 命令用于实时显示系统中各个进程的资源占用情况，如 CPU 和内存使用率。常用于快速查看哪些进程占用了较高的资源。
该命令的输出结果是实时变化的，可以使用 ctrl + c 来退出。下图是我的 macOS 上输出的结果：
top 命令的输出可以分为两个部分：前半部分是系统统计信息，后半部分是进程信息。
统计信息是针对整个系统的，主要包括系统负载、CPU 使用率、内存使用情况、虚拟内存使用情况、网络和硬盘使用情况等。
- 第 1 行是进程和线程信息，分别表示总进程数、正在运行的进程数、睡眠的进程数、线程数。
- 第 2 行是负载均衡和 CPU 使用率信息，
Load Avg: 4.02, 3.89, 3.29：这表示过去 1 分钟、5 分钟和 15 分钟的平均系统负载。负载大于 3 意味着系统相对繁忙；CPU usage: 6.97% user, 3.54% sys, 89.47% idle：用户占用了 6.97% 的 CPU，系统占用了 3.54%，还有 89.47% 的 CPU 处于空闲。 - 第 3 行是共享库（Shared Libraries）内存使用的信息。这一行的数据主要涉及到操作系统加载的共享库（如动态链接库或共享对象文件）。
- 第 4 行是内存区域（Memory Regions）的使用信息。内存区域是指操作系统为应用程序和进程分配的内存块。每个内存区域都有特定的用途和属性，比如代码、数据、堆、栈等。这一行的数据提供了系统内存使用的更详细的视图。
- 第 5 行是内存使用情况，
PhysMem: 30G used (3018M wired), 1547M unused：内存总共使用了 30GB，还有大约 1547MB 的内存未使用； - 第 6 行是虚拟内存的信息，虚拟内存是计算机内存管理的一种技术，它为每个程序提供一种“虚拟”的地址空间，这些地址空间对于每个程序来说都是连续的，但实际上可能分散在物理内存和磁盘的交换空间（swap space）上。
- 第 7 行是网络和硬盘信息，
Networks: packets: 22655692/19G in, 19180791/11G out：网络接收了 19GB 的数据包；发送了约 11GB 的数据包；Disks: 14866544/288G read, 15176739/251G written：硬盘读取 14866544 次；写入了约 15176739 次。
在进程信息区中，显示了系统各个进程的资源使用情况。主要字段的含义：
- PID：进程 id
- COMMAND：命令名/命令行
- %CPU：进程占用的 CPU 使用率
- TIME：进程使用的 CPU 时间总计，单位 1/100 秒
- MEM：进程使用的物理内存和虚拟内存大小，单位 KB
Windows 用户可以使用 tasklist 命令来查看进程信息。
vmstat 是 Linux 上的一款功能比较齐全的性能监测工具。它可以统计 CPU、内存、swap 的使用情况。
一般 vmstat 工具的使用是通过两个数字参数来完成的，第一个参数是采样的时间间隔数，单位是秒，第二个参数是采样的次数，如:
vmstat 1 3 命令表示每秒采样一次，共三次。
输出的各个列的含义：
vmstat 的用法如下：
vmstat [options] [delay [count]]
vmstat 的主要选项：
[options]：提供不同的输出选项，例如 -a 显示活跃和非活跃内存，-d 显示磁盘统计，-s 显示内存统计等。[delay]：在连续模式下，两次报告之间的延迟时间（秒）。[count]：要显示的报告数量。
iostat 用于统计 CPU 使用信息和磁盘的 IO 信息。
基本用法如下：
iostat [options] [interval [count]]
[options]：提供不同的输出选项。例如，-c 显示 CPU 使用情况，-d 显示磁盘使用情况，-x 显示扩展统计信息等。[interval]：报告之间的延迟时间（秒）。[count]：显示报告的次数。
iostat 的输出包括两个主要部分：
-
CPU 使用情况：
user：用户程序使用的 CPU 时间百分比。system：系统（内核）级程序使用的 CPU 时间百分比。idle：CPU 空闲时间百分比。
-
磁盘 I/O 统计：
tps（Transfers Per Second）：每秒传输次数。kB_read/s：每秒读取的千字节数。kB_wrtn/s：每秒写入的千字节数。kB_read和kB_wrtn：分别是读取和写入的总千字节数。
如果使用
-x选项，会显示更详细的统计信息，例如：%util：表示磁盘的繁忙程度。await：I/O 请求的平均等待时间（毫秒）。svctm：服务时间，即完成一个 I/O 请求所需的平均时间。
使用示例如下：
①、查看 CPU 和所有磁盘设备的基本 I/O 统计信息：
iostat②、查看磁盘 I/O 统计信息，每 2 秒更新一次：
iostat -dx 2③、只查看 CPU 使用情况：
iostat -cnetstat（network statistics）用于监控和显示网络相关信息。基本用法如下：
netstat [options][options]：提供不同的输出选项。常见的选项包括-a（显示所有连接和侦听端口），-t（显示 TCP 连接），-u（显示 UDP 连接），-n（以数字形式显示地址和端口号），-r（显示路由表）等。
netstat 的输出通常包括以下几个方面的信息：
①、网络连接：显示活动的或监听的套接字连接，包括服务名、本地地址和端口、远程地址和端口、连接状态等。
②、路由表：显示网络路由表，包括目的地址、网关、子网掩码、使用的接口等。
今天我们介绍了 JDK 自带的性能监控工具，以及操作系统提供的一些命令行工具。
这些工具在排查问题时非常有用，希望大家一定要掌握，以备不时之需。
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