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jvm 优化必知系列——监控工具
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这是 jvm 优化系列第二篇：
jvm 优化——垃圾回收
通过上一篇的 jvm 垃圾回收知识，我们了解了 jvm 对内存分配以及垃圾回收是怎么来处理的。理论是指导实践的工具，有了理论指导，定位问题的时候，知识和经验是关键基础，数据可以为我们提供依据。
在常见的线上问题时候，我们多数会遇到以下问题：
内存泄露
某个进程突然 cpu 飙升
线程死锁
响应变慢 … 等等其他问题。
如果遇到了以上这种问题，在线下可以有各种本地工具支持查看，但到线上了，就没有这么多的本地调试工具支持，我们该如何基于监控工具来进行定位问题?
我们一般会基于数据收集来定位，而数据的收集离不开监控工具的处理，比如：运行日志、异常堆栈、GC 日志、线程快照、堆快照等。经常使用恰当的分析和监控工具可以加快我们的分析数据、定位解决问题的速度。以下我们将会详细介绍。
一、jvm 常见监控工具 & 指令
1、jps:jvm 进程状况工具
jps [options] [hostid]
如果不指定 hostid 就默认为当前主机或服务器。
命令行参数选项说明如下：
-q 不输出类名、Jar 名和传入 main 方法的参数 – l 输出 main 类或 Jar 的全限名 -m 输出传入 main 方法的参数 – v 输出传入 JVM 的参数
例如:
2、jstat: jvm 统计信息监控工具
jstat 是用于见识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，它是线上定位 jvm 性能的首选工具。
命令格式:
jstat [generalOption | outputOptions vmid [interval[s|ms] [count]] ] generalOption – 单个的常用的命令行选项，如 -help, -options, 或 -version。outputOptions - 一个或多个输出选项，由单个的 statOption 选项组成，可以和 -t, -h, and - J 等选项配合使用。
参数选项：
Option
Displays
Ex
class
用于查看类加载情况的统计
jstat -class pid: 显示加载 class 的数量，及所占空间等信息。
compiler
查看 HotSpot 中即时编译器编译情况的统计
jstat -compiler pid: 显示 VM 实时编译的数量等信息。
gc
查看 JVM 中堆的垃圾收集情况的统计
jstat -gc pid: 可以显示 gc 的信息，查看 gc 的次数，及时间。其中最后五项，分别是 young gc 的次数，young gc 的时间，full gc 的次数，full gc 的时间，gc 的总时间。
gccapacity
查看新生代、老生代及持久代的存储容量情况
jstat -gccapacity: 可以显示，VM 内存中三代（young,old,perm）对象的使用和占用大小
gccause
查看垃圾收集的统计情况（这个和 -gcutil 选项一样），如果有发生垃圾收集，它还会显示最后一次及当前正在发生垃圾收集的原因。
jstat -gccause: 显示 gc 原因
gcnew
查看新生代垃圾收集的情况
jstat -gcnew pid:new 对象的信息
gcnewcapacity
用于查看新生代的存储容量情况
jstat -gcnewcapacity pid:new 对象的信息及其占用量
gcold
用于查看老生代及持久代发生 GC 的情况
jstat -gcold pid:old 对象的信息
gcoldcapacity
用于查看老生代的容量
jstat -gcoldcapacity pid:old 对象的信息及其占用量
gcpermcapacity
用于查看持久代的容量
jstat -gcpermcapacity pid: perm 对象的信息及其占用量
gcutil
查看新生代、老生代及持代垃圾收集的情况
jstat -util pid: 统计 gc 信息统计
printcompilation
HotSpot 编译方法的统计
jstat -printcompilation pid: 当前 VM 执行的信息
例如:
查看 gc 情况执行:jstat-gcutil 27777
3、jinfo：java 配置信息
命令格式:
jinfo[option] pid
比如: 获取一些当前进程的 jvm 运行和启动信息。
4、jmap: java 内存映射工具
jmap 命令用于生产堆转存快照。打印出某个 java 进程（使用 pid）内存内的，所有‘对象’的情况（如：产生那些对象，及其数量）。
命令格式：
jmap [option] pid jmap [option] executable core jmap [option] [server-id@]remote-hostname-or-IP
参数选项：
-dump:[live,]format=b,file=<filename> 使用 hprof 二进制形式, 输出 jvm 的 heap 内容到文件 =. live 子选项是可选的，假如指定 live 选项, 那么只输出活的对象到文件. -finalizerinfo 打印正等候回收的对象的信息. -heap 打印 heap 的概要信息，GC 使用的算法，heap 的配置及 wise heap 的使用情况. -histo[:live] 打印每个 class 的实例数目, 内存占用, 类全名信息. VM 的内部类名字开头会加上前缀”*”. 如果 live 子参数加上后, 只统计活的对象数量. -permstat 打印 classload 和 jvm heap 长久层的信息. 包含每个 classloader 的名字, 活泼性, 地址, 父 classloader 和加载的 class 数量. 另外, 内部 String 的数量和占用内存数也会打印出来. -F 强迫. 在 pid 没有相应的时候使用 -dump 或者 -histo 参数. 在这个模式下,live 子参数无效. -h | -help 打印辅助信息 -J 传递参数给 jmap 启动的 jvm.
例如：
使用 jmap -heap pid 查看进程堆内存使用情况，包括使用的 GC 算法、堆配置参数和各代中堆内存使用情况：
使用 jmap -histo[:live] pid 查看堆内存中的对象数目、大小统计直方图。
5、jhat:jvm 堆快照分析工具
jhat 命令与 jamp 搭配使用，用来分析 map 生产的堆快存储快照。jhat 内置了一个微型 http/Html 服务器，可以在浏览器找那个查看。不过建议尽量不用，既然有 dumpt 文件，可以从生产环境拉取下来，然后通过本地可视化工具来分析，这样既减轻了线上服务器压力，有可以分析的足够详尽(比如 MAT/jprofile/visualVm) 等。
6、jstack:java 堆栈跟踪工具
jstack 用于生成 java 虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照是当前 java 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] pid jstack [option] executable core jstack [option] [server-id@]remote-hostname-or-IP
参数：
- F 当’jstack [-l] pid’没有相应的时候强制打印栈信息 - l 长列表. 打印关于锁的附加信息, 例如属于 java.util.concurrent 的 ownable synchronizers 列表. - m 打印 java 和 native c/c++ 框架的所有栈信息. -h | -help 打印帮助信息 pid 需要被打印配置信息的 java 进程 id, 可以用 jps 查询.
后续的查找耗费最高 cpu 例子会用到。
二、可视化工具
对 jvm 监控的常见可视化工具，除了 jdk 本身提供的 Jconsole 和 visualVm 以外，还有第三方提供的 jprofilter，perfino,Yourkit，Perf4j，JProbe，MAT 等。这些工具都极大的丰富了我们定位以及优化 jvm 方式。
这些工具的使用，网上有很多教程提供，这里就不再过多介绍了。对于 VisualVm 来说，比较推荐使用，它除了对 jvm 的侵入性比较低以外，还是 jdk 团队自己开发的，相信以后功能会更加丰富和完善。jprofilter 对于第三方监控工具，提供的功能和可视化最为完善，目前多数 ide 都支持其插件，对于上线前的调试以及性能调优可以配合使用。
另外对于线上 dump 的 heap 信息，应该尽量拉去到线下用于可视化工具来分析，这样分析更详细。如果对于一些紧急的问题，必须需要通过线上监控，可以采用 VisualVm 的远程功能来进行，这需要使用 tool.jar 下的 MAT 功能。
三、应用
1、cpu 飙升
在线上有时候某个时刻，可能会出现应用某个时刻突然 cpu 飙升的问题。对此我们应该熟悉一些指令，快速排查对应代码。
1. 找到最耗 CPU 的进程
指令:top
2. 找到该进程下最耗费 cpu 的线程
指令:top -Hp pid
3. 转换进制
printf“%xn”15332 // 转换 16 进制（转换后为 0x3be4）
4. 过滤指定线程，打印堆栈信息
指令: jstack pid |grep ‘threadPid’ -C5 –color jstack 13525 |grep ‘0x3be4’ -C5 –color // 打印进程堆栈 并通过线程 id，过滤得到线程堆栈信息。
可以看到是一个上报程序，占用过多 cpu 了（以上例子只为示例，本身耗费 cpu 并不高）
2、线程死锁
有时候部署场景会有线程死锁的问题发生，但又不常见。此时我们采用 jstack 查看下一下。比如说我们现在已经有一个线程死锁的程序，导致某些操作 waiting 中。
1. 查找 java 进程 id
指令:top 或者 jps
2. 查看 java 进程的线程快照信息
指令：jstack -l pid
从输出信息可以看到，有一个线程死锁发生，并且指出了那行代码出现的。如此可以快速排查问题。
3、OOM 内存泄露
java 堆内的 OOM 异常是实际应用中常见的内存溢出异常。一般我们都是先通过内存映射分析工具（比如 MAT）对 dump 出来的堆转存快照进行分析，确认内存中对象是否出现问题。
当然了出现 OOM 的原因有很多，并非是堆中申请资源不足一种情况。还有可能是申请太多资源没有释放，或者是频繁频繁申请，系统资源耗尽。针对这三种情况我需要一一排查。
OOM 的三种情况:
1. 申请资源（内存）过小，不够用。
2. 申请资源太多，没有释放。
3. 申请资源过多，资源耗尽。比如：线程过多，线程内存过大等。
1. 排查申请申请资源问题。
指令:jmap -heap 11869
查看新生代，老生代堆内存的分配大小以及使用情况，看是否本身分配过小。
从上述排查，发现程序申请的内存没有问题。
2. 排查 gc
特别是 fgc 情况下，各个分代内存情况。
指令:jstat -gcutil 11938 1000 每秒输出一次 gc 的分代内存分配情况，以及 gc 时间
3. 查找最费内存的对象
指令: jmap -histo:live 11869 | more
上述输出信息中，最大内存对象才 161kb, 属于正常范围。如果某个对象占用空间很大，比如超过了 100Mb，应该着重分析，为何没有释放。
注意，上述指令:
jmap -histo:live 11869 | more 执行之后，会造成 jvm 强制执行一次 fgc，在线上不推荐使用，可以采取 dump 内存快照，线下采用可视化工具进行分析，更加详尽。jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 11869 或者采用线上运维工具，自动化处理，方便快速定位，遗失出错时间。
4. 确认资源是否耗尽
pstree 查看进程线程数量
netstat 查看网络连接数量
或者采用:
ll /proc/${PID}/fd | wc -l // 打开的句柄数
ll /proc/${PID}/task | wc -l（效果等同 pstree -p | wc -l）// 打开的线程数
以上就是一些常见的 jvm 命令应用。
一种工具的应用并非是万能钥匙，包治百病，问题的解决往往是需要多种工具的结合才能更好的定位问题，无论使用何种分析工具，最重要的是熟悉每种工具的优势和劣势。这样才能取长补短，配合使用。