Java问题诊断和排查工具（查看JVM参数、内存使用情况及分析）

沉默王二约 4757 字大约 16 分钟

JDK 自带的工具

在 JDK 的 bin 目录下有很多命令行工具：

我们可以看到各个工具的大小基本上都稳定在 27kb 左右，这个不是 JDK 开发团队刻意为之的，而是因为这些工具大多数是 jdk\lib\tools.jar 类库的一层薄包装而已，他们的主要功能代码是在 tools 类库中实现的。

命令行工具的好处是：当应用程序部署到生产环境后，无论是直接接触物理服务器还是远程 telnet 到服务器上都会受到限制。而借助 tools.jar 类库里面的接口，我们可以直接在应用程序中实现功能强大的监控分析功能。

常用命令：

这里主要介绍如下几个工具：

1、jps：查看本机 java 进程信息

2、jstack：打印线程的栈信息，制作线程 dump 文件

3、jmap：打印内存映射信息，制作堆 dump 文件

4、jstat：性能监控工具

5、jhat：内存分析工具，用于解析堆 dump 文件并以适合人阅读的方式展示出来

6、jconsole：简易的 JVM 可视化工具

7、jvisualvm：功能更强大的 JVM 可视化工具

8、javap：查看字节码

JAVA Dump：

JAVA Dump 就是虚拟机运行时的快照，将虚拟机运行时的状态和信息保存到文件中，包括：

线程 dump：包含所有线程的运行状态，纯文本格式

堆 dump：包含所有堆对象的状态，二进制格式

1、jps

显示当前所有 java 进程 pid 的命令，我们可以通过这个命令来查看到底启动了几个 java 进程（因为每一个 java 程序都会独占一个 java 虚拟机实例），不过 jps 有个缺点是只能显示当前用户的进程 id，要显示其他用户的还只能用 linux 的 ps 命令。

执行 jps 命令，会列出所有正在运行的 java 进程，其中 jps 命令也是一个 java 程序。前面的数字就是进程的 id，这个 id 的作用非常大，后面会有相关介绍。

jps -help：

jps -l 输出应用程序 main.class 的完整 package 名或者应用程序 jar 文件完整路径名

jps -v 输出传递给 JVM 的参数

jps 失效

我们在定位问题过程会遇到这样一种情况，用 jps 查看不到进程 id，用 ps -ef | grep java 却能看到启动的 java 进程。

要解释这种现象，先来了解下 jps 的实现机制：

java 程序启动后，会在目录/tmp/hsperfdata_{userName}/下生成几个文件，文件名就是 java 进程的 pid，因此 jps 列出进程 id 就是把这个目录下的文件名列一下而已，至于系统参数，则是读取文件中的内容。

我们来思考下：如果由于磁盘满了，无法创建这些文件，或者用户对这些文件没有读的权限。又或者因为某种原因这些文件或者目录被清除，出现以上这些情况，就会导致 jps 命令失效。

如果 jps 命令失效，而我们又要获取 pid，还可以使用以下两种方法：

1、top | grep java
2、ps -ef |grep java

2、jstack

主要用于生成指定进程当前时刻的线程快照，线程快照是当前 java 虚拟机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用于定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致长时间等待。

3、jmap

主要用于打印指定 java 进程的共享对象内存映射或堆内存细节。

堆 Dump 是反映堆使用情况的内存镜像，其中主要包括系统信息、虚拟机属性、完整的线程 Dump、所有类和对象的状态等。一般在内存不足，GC 异常等情况下，我们会去怀疑内存泄漏，这个时候就会去打印堆 Dump。

jmap 的用法摘要：

1、jmap pid

打印的信息分别为：共享对象的起始地址、映射大小、共享对象路径的全程。

2、jmap -heap pid:查看堆使用情况

3、jmap -histo pid：查看堆中对象数量和大小

打印的信息分别是：序列号、对象的数量、这些对象的内存占用大小、这些对象所属的类的全限定名

如果是内部类，类名的开头会加上*，如果加上 live 子参数的话，如 jmap -histo：live pid，这个命名会触发一次 FUll GC，只统计存活对象

4、jmap -dump:format=b,file=heapdump pid：将内存使用的详细情况输出到文件

然后使用 jhat 命令查看该文件：jhat -port 4000 文件名，在浏览器中访问 http:localhost:4000/

总结：

该命令适用的场景是程序内存不足或者 GC 频繁，这时候很可能是内存泄漏。通过用以上命令查看堆使用情况、大量对象被持续引用等情况。

4、jstat

主要是对 java 应用程序的资源和性能进行实时的命令行监控，包括了对 heap size 和垃圾回收状况的监控。

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

option：我们经常使用的选项有 gc、gcutil

vmid：java 进程 id

interval：间隔时间，单位为毫秒

count：打印次数

1、jstat -gc PID 5000 20

S0C:年轻代第一个 survivor 的容量（字节）

S1C：年轻代第二个 survivor 的容量（字节）

S0U：年轻代第一个 survivor 已使用的容量（字节）

S1U：年轻代第二个 survivor 已使用的容量（字节）

EC：年轻代中 Eden 的空间（字节）

EU：年代代中 Eden 已使用的空间（字节）

OC：老年代的容量（字节）

OU:老年代中已使用的空间（字节）

PC：永久代的容量

PU：永久代已使用的容量

YGC：从应用程序启动到采样时年轻代中 GC 的次数

YGCT:从应用程序启动到采样时年轻代中 GC 所使用的时间（单位：S）

FGC：从应用程序启动到采样时老年代中 GC（FULL GC）的次数

FGCT：从应用程序启动到采样时老年代中 GC 所使用的时间（单位：S）

2、jstat -gcutil PID 5000 20

s0:年轻代中第一个 survivor 已使用的占当前容量百分比

s1:年轻代中第二个 survivor 已使用的占当前容量百分比

E:年轻代中 Eden 已使用的占当前容量百分比

O:老年代中已使用的占当前容量百分比

P:永久代中已使用的占当前容量百分比

5、jhat

主要用来解析 java 堆 dump 并启动一个 web 服务器，然后就可以在浏览器中查看堆的 dump 文件了。

生成 dump 文件的方法前面已经介绍了，这边主要介绍如何解析 java 堆转储文件，并启动一个 web server

jhat heapdump

这个命令将 heapdump 文件转换成 html 格式，并且启动一个 http 服务，默认端口为 7000。

如果端口冲突，可以使用以下命令指定端口：jhat -port 4000 heapdump

下面我们来访问下：ip：port

6、jinfo

jinfo 可以用来查看正在运行的 java 运用程序的扩展参数，甚至支持在运行时动态地更改部分参数。

基本使用语法如下： jinfo -< option > < pid > ，其中 option 可以为以下信息：

-flag< name >: 打印指定 java 虚拟机的参数值

-flag [+|-]< name >：设置或取消指定 java 虚拟机参数的布尔值

-flag < name >=< value >：设置指定 java 虚拟机的参数的值

使用示例

下面的命令显示了新生代对象晋升到老年代对象的最大年龄。在运行程序运行时并没有指定这个参数，但是通过 jinfo，可以查看这个参数的当前的值。

下面的命令显示是否打印 gc 详细信息：

下面的命令在运用程序运行时动态打开打印详细 gc 信息开关：

注意事项：jinfo 虽然可以在 java 程序运行时动态地修改虚拟机参数，但并不是所有的参数都支持动态修改。

7、jcmd

在 JDK 1.7 之后，新增了一个命令行工具 jcmd。它是一个多功能工具，可以用来导出堆，查看 java 进程，导出线程信息，执行 GC 等。jcmd 拥有 jmap 的大部分功能，Oracle 官方建议使用 jcmd 代替 jmap。

使用 jcmd -l 命令列出当前运行的所有虚拟机，示例：

针对每一个虚拟机，可以使用 help 命令列出该虚拟机支持的所有命令，示例：

子命令含义：

VM.native_memory
VM.commercial_features
GC.rotate_log
ManagementAgent.stop
ManagementAgent.start_local
ManagementAgent.start
Thread.print，打印线程栈信息
GC.class_histogram，查看系统中类统计信息
GC.heap_dump，导出堆信息，与 jmap -dump 功能一样
GC.run_finalization，触发 finalize()
GC.run，触发 gc()
VM.uptime， VM 启动时间
VM.flags，获取 JVM 启动参数
VM.system_properties，获取系统 Properties
VM.command_line，启动时命令行指定的参数
VM.version
help

示例：

8、可视化监控工具（JConsole、JVisualVM）

简介

在 JDK 安装目录的 bin 文件夹下，除了提供有命令行监控工具外，还提供了几种可视化的监控工具，以方便用户直观地了解虚拟机的运行状态。常用的可视化监控工具如下：

JConsole（Java Monitoring and Management Console）是一款基于 JMX（Java Manage-ment Extensions）的可视化监视工具。它的主要功能是通过 JMX 的 MBean（Managed Bean）对系统信息进行收集和动态调整系统参数。JMX（Java Management Extensions）是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架，通常用于监控系统的运行状态或管理系统的部分功能。

使用

打开位于 bin 目录下的 jconsole 程序后，它会自动扫描当前主机上的所有 JVM 进程：

选中需要监控的进程后，点击连接，即可进入监控界面。监控界面包含了概览、内存、线程、类、VM 概要、MBean 六个选项卡。其中概览界面显示的是内存、线程、类等三个选项卡界面的概览信息，如下所示：

而内存界面主要用于显示堆和非堆上各个区域的使用量：

线程界面内主要显示各个线程的堆栈信息，最下角有一个 检测死锁 按钮，点击后如果检测到死锁存在，则在下部的线程选项卡旁边会出现死锁选项卡：

点击死锁选项卡则可以看到造成死锁的线程：

最后的类选项卡主要用于显示当前已加载和已卸载的类的数量。而 VM 概要 选项卡则主要用于显示虚拟机的相关参数，如下所示：

VisualVM

简介

VisualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）是 Oracle 提供的功能最强大的运行监视和故障处理程序之一，它除了支持常规的运行监视、故障处理等功能外，还能用于性能分析（Profiling）。同时因为 VisualVM 是基于 NetBeans 平台的开发工具，所以它还支持通过插件来进行功能的拓展。VisualVM 的主要功能如下：

显示虚拟机进程及其配置信息、环境信息（与 jps、jinfo 功能类似）；
监视应用程序的处理器、垃圾收集、堆、方法区以及线程的信息（与 jstat、jstack 功能类似）；
dump 以及分析堆转储快照（与 jmap、jhat 功能类似）；
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：可以收集程序的运行时配置、线程 dump、内存 dump 等信息来建立快照。

使用

打开位于 bin 目录下的 jvisualvm 程序，它会自动扫描当前主机上的所有 JVM 进程：

点击需要监控的进程后，右侧即会显示相关的监控信息：

1. 堆 Dump

在监控界面点击按钮可以 执行垃圾回收 或者 堆 Dump 。进行堆 Dump 后，还会显示其分析结果：

2. 线程 Dump

在线程界面可以查看所有线程的状态，如果出现死锁，该界面还会进行提示：

此时可以进行 线程 Dump 来获取具体的线程信息，效果和 jstack 命令类似：

3. 性能分析

在 Profiler 界面，可以进行 CPU 和内存的性能分析。要开始性能分析，需要先选择 CPU 或内存按钮中的一个，VisualVM 将会开始记录应用程序执行过的所有方法：如果是进行的是 CPU 执行时间分析，将会统计每个方法的执行次数、执行耗时；如果是内存分析，则会统计每个方法关联的对象数以及这些对象所占的空间。想要结束性能分析，点击停止按钮即可：

4. Visual GC

Visual GC 面板默认是不显示的，需要通过插件进行扩展。它会实时监控虚拟机的状态，在功能上类似于 jstat 命令：

安装插件

在主界面，点击 工具 => 插件 ，可以打开插件面板。右击插件选项或者点击安装按钮即可完成对应插件的安装：

需要注意的是，安装插件前需要按照自己 JVM 的版本来配置插件中心，否则会抛出 ”无法连接到插件中心“ 的异常。每个版本对应的插件中心可以在该网址上查看：https://visualvm.github.io/pluginscenters.html，界面如下：

之后需要将正确的插件中心的地址配置到程序中：

连接远程进程

以上演示 JConsole 和 VisualVM 时，我们都是用的本地进程，但在实际开发中，我们更多需要监控的是服务器上的远程进程。想要监控远程主机上的进程，需要进行 JMX 的相关配置，根据连接时是否需要用户名和密码，可以分为以下两种配置方式：

不使用安全凭证

启动服务器上的 Java 进程时增加以下参数：

 java -Dcom.sun.management.jmxremote.port=12345  #jmx远程连接的端口号
 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
 -jar springboot.jar

此时只需要知道主机地址和端口号就可以连接，不需要使用用户名和密码，所以安全性比较低。

使用安全凭证

启动服务器上的 Java 进程时增加以下参数：

java -Dcom.sun.management.jmxremote.port=12345
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=true
-Dcom.sun.management.jmxremote.access.file=/usr/local/jmxremote.access
-Dcom.sun.management.jmxremote.password.file=/usr/local/jmxremote.password
-jar springboot.jar

其中 jmxremote.access 的内容如下，其中 admin 为用户名，readwrite 表示可读可写，也可以设置为 readonly（只读）：

admin readwrite

jmxremote.password 的内容如下，其中 admin 为用户名，123456 为密码：

admin 123456

两个文件创建好后，还需要赋予其执行权限：

chmod 600 /usr/local/jmxremote.access
chmod 600 /usr/local/jmxremote.password
chown root:root /usr/local/jmxremote.access
chown root:root /usr/local/jmxremote.password

之后在使用 VisualVM 进行远程连接时，配置如下：

需要注意的是这里的端口号是配置的 Dcom.sun.management.jmxremote.port 的值，而不是 Java 程序的端口号。连接完成后，即可查看到对应进程的监控状态。

其他工具

JOL（即 Java Object Layout）：OpenJDK 提供的库，用于查看 Java 对象的内存布局，这个很有用，可以借助它来跟踪锁升级等过程。只需要引入 Maven 即可使用，示例：

//引入依赖
        <dependency>
            <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
            <artifactId>jol-core</artifactId>
            <version>0.16</version>
        </dependency>

//代码

class TTTT {
    public static void main(String[] args) {
        System.err.println(ClassLayout.parseInstance(new Person()).toPrintable());
        System.err.println(ClassLayout.parseClass(Person.class).toPrintable());
    }
}

class Person {
    private int age = 1;
    private String name = "zhangsan";
}

//代码执行结果
com.marchon.learning.Person object internals:
OFF  SZ               TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8                    (object header: mark)     0x0000005e4c804101 (hash: 0x5e4c8041; age: 0)
  8   4                    (object header: class)    0xf8010dd9
 12   4                int Person.age                1
 16   4   java.lang.String Person.name               (object)
 20   4                    (object alignment gap)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total

openJDK 源码：查看 JDK native 方法的实现

strace：跟踪程序运行过程发起的系统调用

https://fastthread.io：线程栈分析的网站

上问题排查思路（八股）

硬盘使用情况：du 命令

内存使用且情况：free 命令

CPU 使用情况：top 命令

网络使用情况：netstat 命令

Java 程序问题分析：jmap 分析堆内存、jstack 分析线程栈等，见前文。

参考链接 1：https://www.cnblogs.com/z-sm/p/6745375.html
参考链接：https://github.com/heibaiying/Full-Stack-Notes/blob/master/notes/JVM_性能监控之可视化工具.md

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