Java性能調優：JVM性能監控常用方法

一、前言

本小節會介紹JVM性能監控，掌握幾種常用的監控工具輔助我們更好的了解JVM的性能狀態。生產環境中監控JVM性能，分析監控數據，可以知道何時需要JVM調優，可見監控是非常重要的。

JVM的監控範圍包括垃圾收集、JIT編譯以及類加載。那其中具體都包含哪些？如何監控呢？我們開始探索下吧

二、垃圾收集

監控JVM的垃圾收集非常的重要，因為它對應用的吞吐量和延遲有著深刻的影響。

重要的垃圾收集數據包括：

當前使用的垃圾收集器

Java堆的大小

新生代和老年代的大小

永久代的大小

Minor GC的持續時間

Minor GC的頻率

Minor GC的空間回收量

Full GC的持續時間

Full GC的頻率

每個並發垃圾收集周期的空間回收量

是否老年代或者永久代的佔用觸發了Full GC

應用是否顯式調用了System.gc()

…

三、圖形/命令工具

除了用命令行選項生成垃圾收集統計數據，我們還可以用圖形化工具監控垃圾收集，用這類工具識別變化趨勢或者模式要比文本容易很多。下列圖形化工具可用於監控HotSpot VM：JConsole、JProfile（收費）、VisualGC(插件)以及VisualVM

3.1 VisualVM介紹

在進行多線程編程以及線程池編程時候，是無法用肉眼確認程序性能的，也不會知道當前jvm上面有多少個線程，線程池用的對不對。這時候就要用 visual vm 這些jdk自帶的性能監測工具了。

簡單介紹：

請打開你的jdk的bin目錄找到以下圖標，雙擊打

然後你會看到

點擊左側是用到jvm的程序intellij platform–就是用這的idea java編輯器:

總共有四個標籤，重點介紹以下「監視」以及「線程」

監視裡面的線程一欄看看，活動是指目前活動活躍的線程數量，已經啟動的總數是指，程序運行以來一共創建或啟動的線程數量，無論線程狀態是不是完成了，或者已經被銷毀了，還是說正在活動中，抑或在阻塞，全部都統計在這個數字中

線程標籤頁如下:

線程標籤頁可以選擇所有線程列表，活動的線程或者是已經完成的線程，這些信息也對於判斷程序的性能很重要

3.2 JConsole介紹

JConsole主要用來分析內存，cpu，線程，類等

在JDK安裝目錄找到jconsole.exe

概覽：在連接上Java應用程式後，遍可以查看應用程式概況，如下圖所示。圖中4張折線分別顯示了堆內存的使用情況、系統線程數量、加載類的數量以及CPU的使用率。

內存監控：切換到內存監控頁面，JConsole可以顯示當前內存的詳細細心。這不僅包括堆內存的整體信息，更細化到eden區，survivior區、老年代的使用情況。同時，也包括非堆區，即永久代的使用情況。單機界面右上角「執行GC」按鈕，可以強制應用程式進行一次Full GC。

線程監控：JConsole中的線程選項卡允許開發人員監控程序內的線程，如下圖所示。JConsole顯示了系統內的線程數量以及程序中所有的線程。單機線程名稱，便可以查看線程的棧信息。

使用「檢測到死鎖」按鈕，還可以自動檢測多線程應用程式的死鎖情況（可快速定位死鎖問題）

類加載情況：JConsole的類頁面顯示了系統已經裝載的類數量。在詳細信息欄中，還顯示了已經卸載的類數量。

虛擬機信息：在VM摘要頁面，JConsole顯示了當前應用程式的運行環境。包括虛擬機類型、版本、堆信息以及虛擬機參數等

MBean管理：MBean頁面允許JConsole進行MBean的管理，包括查看或者設置MBean的屬性、運行MBean的方法等。

3.3 性能採集工具

1）linux命令工具

top命令：

top命令參數

-h | -v: 顯示幫助或者版本信息】** -c:** 命令行列顯示程序名以及參數-d: 啟動時設置刷新時間間隔-H： 設置線程模式-i: 只顯示活躍進程-n: 顯示指定數量的進程-p: 顯示指定PID的進程-u: 顯示指定用戶的進程

top命令是Linux下常用的性能分析工具，能夠實時顯示系統中各個進程的資源佔用狀況。top命令的部分輸出如下：

top視圖分為兩部分：作業系統資源概況信息和進程信息。首先分析資源概況中各個參數的含義，再來分析下進程信息中各個參數含義。

資源概況:

作業系統時間、登錄用戶、負載情況-top00：36：13： 作業系統當前時間up xx days, HH:MM： 作業系統從開機以後運行的時間，運行多少天多少時多少分users： 當前系統有1個用戶登錄在線**load average:**系統平均負載運行的任務概覽-Taskstotal: 系統當前的進程數running: 當前正在運行的進程數sleeping 當前睡眠中的進程數CPU概覽： %Cpu(s) 表示CPU使用百分比，按照時間佔用計算，單位sus: 用戶空間佔用CPU時間百分比，如果是多核，這個數值表示佔用的平均百分比，可以按1進行多核統計和平均統計切換sy: 內核空間佔用CPU時間百分比，如果是多核，同上ni 用戶進程空間內改變過優先級的進程佔用CPU時間百分比id: 空閒時間佔用CPU百分比wa: 等待輸入輸出的CPU時間百分比hi: CPU服務於硬體中斷的CPU時間百分比si: CPU服務於軟體中斷的CPU時間百分比
註：時間佔用百分比=該種類型操作消耗CPU時間/top刷新間隔時間。top 3s刷新一次，用戶空間進程在這3s內使用了CPU 1.5s，那麼us等於50%=1.5s/3s內存概覽：單位KiBtotal： 內存總量free： 剩餘的內存數量used: 內存使用數量buff/cache: 用於緩衝的內存數量交換區概覽：單位KiBtotal: 交換區總量free: 空閒的交換區數量used: 使用的交換區數量

進程概況

進程概況的統計從多維度參數進行展示的，其中最重要的參數：

PID 進程ID，唯一標識USER 進程所屬用戶%CPU 自上一次top刷新該進程佔用CPU的時間百分比%MEM 進程消耗內存百分比TIME+ 自進程開始以來，消耗CPU時間，單位1/100秒

當伺服器中某個JAVA服務進程內存或者CPU資源消耗非常嚴重時，可以使用：top -H -p pid 查看其所有活躍的線程資源消耗情況

sar命令：sar（System Activity Reporter系統活動情況報告）是目前 Linux 上最為全面的系統性能分析工具之一，可以從多方面對系統的活動進行報告，包括：文件的讀寫情況、系統調用的使用情況、磁碟I/O、CPU效率、內存使用狀況、進程活動及IPC有關的活動等。

常用格式sar [options] [-A] [-o file] t [n]

例如，每10秒採樣一次，連續採樣3次，觀察CPU 的使用情況，並將採樣結果以二進位形式存入當前目錄下的文件test中，需鍵入如下命令：

sar -u -o test 10 3

vmstat命令:是最常見的Linux/Unix監控工具，可以展現給定時間間隔的伺服器的狀態值,包括伺服器的CPU使用率，內存使用，虛擬內存交換情況,IO讀寫情況。相比top，我可以看到整個機器的CPU,內存,IO的使用情況，而不是單單看到各個進程的CPU使用率和內存使用率(使用場景不一樣)。

一般vmstat工具的使用是通過兩個數字參數來完成的，第一個參數是採樣的時間間隔數，單位是秒，第二個參數是採樣的次數，如:

iostat命令：iostat主要用於監控系統設備的IO負載情況，iostat首次運行時顯示自系統啟動開始的各項統計信息，之後運行iostat將顯示自上次運行該命令以後的統計信息。用戶可以通過指定統計的次數和時間來獲得所需的統計信息。

舉例： iostat -d -k 2

參數 -d 表示，顯示設備（磁碟）使用狀態；-k某些使用block為單位的列強制使用Kilobytes為單位；2表示，數據顯示每隔2秒刷新一次。

pidstat命令：pidstat是sysstat工具的一個命令，用於監控全部或指定進程的cpu、內存、線程、設備IO等系統資源的佔用情況。pidstat首次運行時顯示自系統啟動開始的各項統計信息，之後運行pidstat將顯示自上次運行該命令以後的統計信息。用戶可以通過指定統計的次數和時間來獲得所需的統計信息。

如：查看所有進程的 CPU 使用情況（ -u -p ALL）

2）Windows工具

任務管理器：Windows系統的任務管理器是大家最為熟知的一款系統工具，通過Ctrl+Alt+Del組合鍵便能呼出，功能非常強大的一款新能統計工具。

perfmon性能監控工具：與任務管理器相比，可以說是windows下專業級的性能監控工具了，不僅可以監控計算機系統的整體運行情況，也可以專門針對某一個進程或者線程進行狀態監控。

可以在Windows任務欄的開始菜單的「運行」對話框使用perfmon命令打開該工具。

3）JDK命令行工具

在JDK的開發包中有一系列的輔助工具，可以幫助開發人員很好地解決Java應用的一些疑難雜症。這些工具在JDK安裝目錄的bin目錄中。有哪些命令可以輔助呢？如下所示：

jps命令：jps是用於查看有權訪問的hotspot虛擬機的進程. 當未指定hostid時，默認查看本機jvm進程，否者查看指定的hostid機器上的jvm進程，此時hostid所指機器必須開啟jstatd服務。 jps可以列出jvm進程lvmid，主類類名，main函數參數, jvm參數，jar名稱等信息

命令用法: jps [options] [hostid]

options:命令選項，用來對輸出格式進行控制

hostid:指定特定主機，可以是ip地址和域名, 也可以指定具體協議，埠。

jstat命令：jstat是一個可以用於觀察Java應用程式運行時信息的工具。它的功能非常強大，可以通過它，查看堆信息的詳細情況

jinfo命令：jinfo是jdk自帶的命令，可以用來查看正在運行的Java應用程式的擴展參數，甚至支持在運行時，修改部分參數。通常會先使用jps查看java進程的id，然後使用jinfo查看指定pid的jvm信息.

jmap命令：Jmap是一個可以輸出所有內存中對象的工具，甚至可以將VM 中的heap，以二進位輸出成文本。列印出某個java進程（使用pid）內存內的，所有『對象』的情況（ 如：產生那些對象，及其數量）。

jhat命令：jhat也是jdk內置的工具之一。主要是用來分析java堆的命令，可以將堆中的對象以html的形式顯示出來，包括對象的數量，大小等等，並支持對象查詢語言

jstack命令：jstack用於列印出給定的java進程ID或core file或遠程調試服務的Java堆棧信息，如果是在64位機器上，需要指定選項&34;，Windows的jstack使用方式只支持以下的這種方式：jstack [-l] pid

如果java程序崩潰生成core文件，jstack工具可以用來獲得core文件的java stack和native stack的信息，從而可以輕鬆地知道java程序是如何崩潰和在程序何處發生問題。另外，jstack工具還可以附屬到正在運行的java程序中，看到當時運行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果現在運行的java程序呈現hung的狀態，jstack是非常有用的。**jstatd命令：**此命令是一個RMI Server應用程式，提供了對JVM的創建和結束監視，也為遠程監視工具提供了一個可以attach的接口

hprof工具：HProf是JDK自帶一個簡單的性能分析工具。它是一個動態連結庫文件，監控CPU的1使用率、內存堆棧分配情況等

命令的詳細使用方法可搜索相關資料，此處不再展開講解

四、小結

本小節主要介紹了常用的性能採集工具和故障排查工具。基於linux系統和Windows系統的性能採集工具，使用這些工具，有助於幫助開發者定位性能瓶頸。JDK自帶的一些性能和故障排查相關命令，如jps、jstack、jmap等，以及免費的可視化工具JConsole、Visual VM。下一小節我們會介紹JVM調優方法。