【JVM进阶之路】八：性能监控工具-命令行篇

2024-03-29 14:24:58

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。

在实际的故障排查、性能监控中，常常是操作系统的工具和Java虚拟机的工具结合使用。

1、操作系统工具

1.1、top：显示系统整体资源使用情况

top命令是Linux下常用的性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用情况。

在Linux使用top命令的部分输出如下：

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。

在统计信息中：

第1行是任务队列信息，从左到右依次表示：系统当前时间、系统运行时间、当前登录用户，最后的load average表示系统的平均负载。
第2行是进程统计信息，分别有正在运行的进程数、睡眠进程数、停止的进程数、僵尸进程数。
第3行是CPU统计信息，us表示用户空间CPU占用率，sy表示内核空间CPU占用率、ni表示用户进程空间改变过优先级的进程cpu的占用率、id表示空闲cpu占用率、wa表示等待输入输出的CPU时间百分比、hi表示硬件中断请求、si表示软件中断请求。

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
USER：进程所有者的用户名
PR：优先级
NI：nice值，负值表示高优先级，正值表示低优先级
TIME+：进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒
COMMAND：命令名/命令行

1.2、vmstat：监控内存和CPU

vmstat也是一款功能比较齐全的性能监测工具。它可以统计CPU、内存使用情况、swap使用情况能信息。

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:

以下命令表示每秒采样一次，共三次。

输出的各个列的含义：

分类	说明
Procs	r: 运行队列中进程数量 b: 等待IO的进程数量
Memory（内存）	swpd: 使用虚拟内存大小 free: 可用内存大小 buff: 用作缓冲的内存大小 cache: 用作缓存的内存大小
Swap：	si: 每秒从交换区写到内存的大小 so: 每秒写入交换区的内存大小 IO：（现在的Linux版本块的大小为1024bytes） bi: 每秒读取的块数 bo: 每秒写入的块数
系统	in: 每秒中断数，包括时钟中断 cs: 每秒上下文切换数
CPU（以百分比表示）	us: 用户进程执行时间(user time) sy: 系统进程执行时间(system time) id: 空闲时间(包括IO等待时间),*处理器的空闲时间，以百分比表示。 wa: 等待IO时间

1.3、iostat：监控IO使用

iostat可以提供磁盘IO的监控数据：

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           1.44    0.00    0.39    0.00    0.00   98.17

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               0.37         0.47        30.30    3561197  229837730
dm-0              0.44         0.33        29.97    2518272  227313194
dm-1              0.12         0.13         0.33    1013276    2520308
dm-2              0.00         0.00         0.00        502       2068

以上命令显示了CPU的使用概况和磁盘I/O的信息。

输出结果各个列的含义：

iostat结果面板 avg-cpu 描述的是系统cpu使用情况：

%user：CPU处在用户模式下的时间百分比。
%nice：CPU处在带NICE值的用户模式下的时间百分比。
%system：CPU处在系统模式下的时间百分比。
%iowait：CPU等待输入输出完成时间的百分比。
%steal：管理程序维护另一个虚拟处理器时，虚拟CPU的无意识等待时间百分比。
%idle：CPU空闲时间百分比。

1.4、netstat：监控网络使用

在web程序中，可能运行需要网络，可以使用netstat命令监控网络流量。

netstat -a
 Active Internet connections (servers and established)
 Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State
 tcp        0      0 localhost:30037         *:*                     LISTEN
 udp        0      0 *:bootpc                *:*
 
Active UNIX domain sockets (servers and established)
 Proto RefCnt Flags       Type       State         I-Node   Path
 unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     6135     /tmp/.X11-unix/X0
 unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     5140     /var/run/acpid.socket
 ...

以上命令表示列出所有端口信息。

2、JDK性能监控工具

除了我们比较熟悉的java.exe、javac.exe这两个命令行工具，在jdk的bin目录下，还有一些其它的工具。。除了编译和运行Java程序外，打包、部署、签名、调试、监控、运维等各种场景都可能会用到它们。

2.1、jps：虚拟机进程查看

jps类似Linux下的ps，它会列出Java程序的进程。

jps命令格式：

jps [ options ] [ hostid ]

jps命令示例：

jps的常用选项见表：

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()函数的参数
-v	输出虚拟机进程启动时的 JVM 参数

2.2、jstat：虚拟机运行时信息查看

jsta是一个强大的工具。它可以显示本地或者远程虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾收集、即时编译等运行时数据。

jstat命令格式为：

jstat [ option vmid [interval[s|ms] [count]] ]

选项option代表用户希望查询的虚拟机信息，主要分为三类：类加载、垃圾收集、运行期编译状况。

如下，输出Java进程5728的ClassLoader相关信息，每秒统计一次信息，一共输出两次。

下例展示了与GC相关的堆信息的输出：

jstat工具主要选项：

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、永久代或者 jdk1.8 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

2.3、jinfo：虚拟机配置查看

jinfo的作用是实时查看和调整虚拟机各项参数。

jinfo命令格式：

jinfo [ option ] pid

下例显示了新生爱对象晋升老年代的最大年龄。在应用程序启动时，没有指定，但通过jinfo，查看该参数的当前数值。

查看是否打印GC详细信息：

2.4、jmap：内存映像（导出）

jmap命令用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件）

jmap的作用并不仅仅是为了获取堆转储快照，它还可以查询finalize执行队列、Java堆和方法区的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。

jmap命令格式：

jmap [ option ] vmid

如下，使用jmap生成PID为5728的Java程序的对象统计信息，并输出到dump.txt中。

dump.txt的结构如下：

jmap更重要的功能是得到Java程序的当前堆快照：

如图，将应用程序的堆快照输出到D盘的heap.hprof文件中，之后，可以通过多种工具分析该堆文件。

jmap工具主要选项:

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
-permstat	显示永久代内存状态，jdk1.7，永久代
-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

2.5、jhat：堆转储快照分析

JDK提供jhat命令与jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照。 jhat内置了一个微型的HTTP/Web服务器，生成堆转储快照的分析结果后，可以在浏览器中查看。

以前面生成的heap.hprof为例：

屏幕显示“Server is ready.”的提示后，用户在浏览器中输入http://localhost:7000/可以看到分析结果

2.6、jstack：Java堆栈跟踪

jstack命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照（一般称为threaddump或者 javacore文件）。

jstack命令格式：

jstack [ option ] vmid

如下，使用stack查看线程堆栈的部分结果：

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

2.7、jcmd：多功能命令

在jdk1.7以后，新增了一个请打的命令行工具jcmd，它可以实现上面除了jstat外所有命令的功能。

例如，使用jcmd列出当前系统中的所有运行中的Java虚拟机：

jmcd命令格式：

 jcmd <pid | main class> <command ... | PerfCounter.print | -f  file>

jmcd工具主要选项：

选项	描述
help	打印帮助信息，示例：jcmd help []
ManagementAgent.stop	停止JMX Agent
ManagementAgent.start_local	开启本地JMX Agent
ManagementAgent.start	开启JMX Agent
Thread.print	参数-l打印java.util.concurrent锁信息，相当于：jstack
PerfCounter.print	相当于：jstat -J-Djstat.showUnsupported=true -snap
GC.class_histogram	相当于：jmap -histo
GC.heap_dump	相当于：jmap -dump:format=b,file=xxx.bin
GC.run_finalization	相当于：System.runFinalization()
GC.run	相当于：System.gc()
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
VM.flags	参数-all输出全部，相当于：jinfo -flags , jinfo -flag
VM.system_properties	相当于：jinfo -sysprops
VM.command_line	相当于：jinfo -sysprops	grep command
VM.version	相当于：jinfo -sysprops	grep version

参考：

【1】：周志朋编著《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》

【2】：《Java性能权威指南》

【3】：《实战JAVA虚拟机 JVM故障诊断与性能优化》

【4】:jcmd命令详解

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