3.2　Java监控工具

要想深入了解 JVM 自身，需要使用 Java 的监控工具。JDK 自带以下所列工具。

  • jcmd

它用来打印 Java 进程所涉及的基本类、线程和 VM 信息。它适用于脚本，可以像这 样执行：

  1. % jcmd process_id command optional_arguments

jcmd help 可以列出所有的命令。jcmd help 可以给出特定命令的语法。

  • jconsole

提供 JVM 活动的图形化视图，包括线程的使用、类的使用和 GC 活动。

  • jhat

读取内存堆转储，并有助于分析。这是事后使用的工具。

  • jmap

提供堆转储和其他 JVM 内存使用的信息。可以适用于脚本，但堆转储必须在事后分析工具中使用。

  • jinfo

查看 JVM 的系统属性，可以动态设置一些系统属性。可适用于脚本。

  • jstack

转储 Java 进程的栈信息。可适用于脚本。

  • jstat

提供 GC 和类装载活动的信息。可适用于脚本。

  • jvisualvm

监视 JVM 的 GUI 工具，可用来剖析运行的应用，分析 JVM 堆转储（事后活动，虽然 jvisualvm 也可以实时抓取程序的堆转储）。

这些工具可广泛用于以下领域：

  • 基本的 VM 信息

  • 线程信息

  • 类信息

  • 实时 GC 分析

  • 堆转储的事后处理

  • JVM 的性能分析

你可能注意到了，工具和适用领域并非一一对应的，许多工具可用于多个领域。所以我们不是单个研究每个工具，而是着眼于 Java 重要的可观测领域，讨论这些工具如何提供这类信息。同时，我们还会讨论其他工具（有些是开源，有些是商业），虽然提供的基本功能相同，但是相比基本的 JDK 工具具有一定的优势。

3.2.1　基本的VM信息

JVM 工具可以提供 JVM 进程的基本运行信息：它运行多久了，使用哪些 JVM 标志，以及 JVM 的系统属性，等等。

运行时间

　此命令可以查看 JVM 运行的时长：

  1. % jcmd process_id VM.uptime

系统属性

　以下命令可以显示 System.getProperties() 的各个条目。

  1. % jcmd process_id VM.system_properties

或者

  1. % jinfo -sysprops process_id

　这包括通过命令行 -D 标志设置的所有属性，应用动态添加的所有属性和 JVM 的默认属性。

JVM 版本

　用以下方式获取 JVM 版本：

  1. % jcmd process_id VM.version

JVM 命令行

　jconsole 的“VM 摘要”页可以显示程序所用的命令行，或者用 jcmd 显示：

  1. % jcmd process_id VM.command_line

JVM 调优标志

　可用以下方式获得对应用生效的 JVM 调优标志：

  1. % jcmd process_id VM.flags [-all]

调优标志

JVM 可以设置许多调优标志，本书就关注了其中很多标志。追踪这些标志及其默认值有点让人崩溃。上面最后两个 jcmd 示例对于获取这类信息很有用。command_line 显示直接在命令行指定的标志。flags 显示命令行设置的标志，以及 JVM 直接设置的标志（因为它们的值是通过自动优化决定的）。该命令加上 all 时，可以列出 JVM 内部所有的标志。

有几百个 JVM 调优标志，大多数都很令人费解，而且我们建议永远都不要对其作更改（参见下文的框注“信息太多？”）。诊断性能问题时，找出哪些标志起作用是很常见的事。JVM 运行时，可以用 jcmd 做到这一点。如果想找出特定 JVM 的平台特定的默认值是什么，那么在命令行上添加 -XX:+Printflagsfinal 会很有用。

想知道特定平台所设置的标志是什么，可以执行以下命令：

  1. % java other_options -XX:+PrintFlagsFinal -version
  2. ……几百行输出，包括……
  3. uintx InitialHeapSize                          := 4169431040    {product}
  4. intx InlineSmallCode                           = 2000           {pd product}

你应该在命令行包括所有标志，因为有些标志会影响其他标志，特别是 GC 相关的标志。这个命令会打印 JVM 标志及其取值的完整列表（结果和 jcmd 结合 VM.flags -all 打印的相同）。

这些命令的标志数据以上述两种方式之一显示。输出第 1 行中的冒号表示标志使用的是非默认值。发生这种情况，可能是以下原因导致。

(1) 标志值直接在命令行指定。

(2) 其他标志间接改变了该标志的值。

(3) JVM 自动优化计算出来的默认值。

第 2 行（没有冒号）表示，值是这个 JVM 版本的默认值。某些标志的默认值在不同平台上可能会不相同，输出的最右列会指示。product 表示在所有平台上的默认设置都是一致的。pd product 表示标志的默认值是独立于平台的。

信息太多？

PrintFlagsFinal 会打出好几百个 JVM 可用的调优参数（比如 JDK 7u40 有 668 个可能的标志）。

绝大多数标志的存在都是为了支持工程师收集更多与应用运行（以及错误行为）相关的信息。有个比较吸引人的标志称为 AllocatePrefetchLines（默认值为 3），它使得标志值可以改变，从而使预读指令在特定处理器上可以工作得更好。但这种随意的调优并没有必要。除非你有很充分的理由，否则不要更改标志值。就 AllocatePrefetchLines 标志来说，需要掌握应用预读性能、运行应用的 CPU 的特性以及更改这个数字对 JVM 自身的代码有什么影响。

最后一列可能的值还有 manageable（运行时可以动态更改标志的值）和 C2 diagnostic（为编译器工程师提供诊断输出，帮助理解编译器正以什么方式运作）。

还有另一种查看运行中的应用的此类信息的工具，叫作 jinfo。jinfo 的好处在于，它允许程序在执行时更改某个标志的值。

以下是如何获取进程中所有标志的值：

  1. % jinfo -flags process_id

jinfo 带有 -flags 时可以提供所有标志的信息，否则只打印命令行所指定的标志。这两种数据都不像 -XX:+Printflagsfinal 那样易读，但 jinfo 有其他值得注意的特性。

jinfo 可以检查单个标志的值：

  1. % jinfo -flag PrintGCDetails process_id
  2. -XX:+PrintGCDetails

虽然 jinfo 本身不会显示是否 manageable，但 manageable（如 Printflagsfinal 输出中所标识的）的标志可以通过 jinfo 开启或关闭：

  1. % jinfo -flag -PrintGCDetails process_id # turns off PrintGCDetails
  2. % jinfo -flag PrintGCDetails process_id
  3. -XX:-PrintGCDetails

需要当心的是，jinfo 可以更改任意标志的值，但并不意味着 JVM 会响应更改。比如说，大多数影响 GC 算法行为的标志都在启动时使用，以决定垃圾收集器的行为方式。之后通过 jinfo 更改标志值，并不会导致 JVM 改变它的行为。它会以初始时的算法继续执行。所以这个技术只会对那些在 Printflagsfinal 输出中标记为 manageable 的标志有效。

3.2　Java监控工具 - 图1　快速小结

1. jcmd 可用来查找运行中的应用所在 JVM 的基本信息——包括所有调优标志的值。

2. 命令行上添加 -XX:+Printflagsfinal 可输出标志的默认值。这在查看特定平台自动优化所判定的默认值时很有用。

3. jinfo 在检查（某些情况下可以更改）单个标志时很有用。

3.2.2　线程信息

jconsole 和 jvisualvm 可以实时显示应用中运行的线程的数量。

查看运行线程的栈信息，对于判断线程是否被阻塞很有用。可以通过 jstack 获取栈信息：

  1. % jstack process_id
  2. …… 显示了每个线程的栈的众多输出 ……

也可以通过 jcmd 获取栈信息：

  1. % jcmd process_id Thread.print
  2. …… 显示了每个线程的栈的众多输出 ……

监控线程栈的详情请参见第 9 章。

3.2.3　类信息

jconsole 或 jstat 可以提供应用已使用类的个数。jstat 还能提供类编译相关的信息。

应用使用类的更多细节请参见第 12 章，监控类编译的细节请参见第 4 章。

3.2.4　实时GC分析

几乎所有的监控工具都能报告一些 GC 活动的信息。jconsole 可以用实时图显示堆的使用情况。jcmd 可以执行 GC 操作。jmap 可以打印堆的概况、永久代信息或者创建堆转储。jstat 可以为垃圾收集器正在执行的操作生成许多视图。

想了解这些程序如何监控 GC 活动，请参见第 5 章的实例。

3.2.5　事后堆转储

jvisualvm 的 GUI 界面可以捕获堆转储，也可以用命令行 jcmd 或 jmap 生成。堆转储是堆使用情况的快照，可以用不同的工具进行分析，包括 jvisualvm 和 jhat。传统上，第三方处理堆转储的工具都领先于 JDK，所以第 7 章使用第三方工具——Eclipse Memory Analyzer Tool——为例，展示如何在事后处理堆转储。