JDK诊断工具使用总结

目录

• jps 查看正在运行的java进程
• jstat 查看jvm运行的一些统计信息
• jinfo 查看或修改jvm的参数、系统属性
• jmap 导出内存映像文件和内存使用情况
• jhat 分析jmap导出的堆内存快照
• jstack 查看线程堆栈
  • 排除线程cpu过高
  • 排除死锁
• jcmd 多功能工具
• jstatd 远程主机信息收集
• jhsdb
  • 查看jvm堆状态
  • -class 查看类加载统计
  • -compiler 查看编译统计
  • -gc 查看垃圾回收统计
  • -gccapacity 查看堆内存统计
  • -gccause 查看gc原因
  • 元空间内存统计，新生代、老年代内存及垃圾回收统计
  • -gcutil 垃圾回收总结统计
  • -printcompilation 查看jvm编译方法统计
• jconsole
• jvisualvm
• Memory Analyzer Tool（MAT）
• 内存泄漏
• OQL（Object Query Language）
• JProfiler
• Athas
• Java Mission Control（JMC）
• 其他工具
  • Flame Graphs（火焰图）
  • TProfiler
  • Btrace
  • YourKit
  • JProbe
  • Spring Insight
• 总结

以下使用的是jdk11

jps 查看正在运行的java进程

jps（JVM Process Status Tool）列出正在运行的虚拟机进程

使用示例

jps
jps -l
jps -lvm  # l显示主类全名 v显示jvm参数 m显示main方法参数

jstat 查看jvm运行的一些统计信息

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）虚拟机统计信息监视工具

基本使用：jstat -选项 -t -h 5 进程号 刷新间隔 刷新次数

• 统计选项可通过jstat -option 可以查看可选的所有选项
• -t，表示显示进程启动后运行的时间
• -h，表示几行显示以下标题，比如-h 3，则每打印三行就会显示一下标题，

使用示例

jstat -class 8048  # 查看类加载情况
jstat -gcutil -t 8048 1s 5  # -t显示jvm运行时间 每秒输出一次 输出5次

# JIT相关的
jstat -compiler PID  # 显示JIT编译过的方法、耗时等信息
jstat -printcompilation  # 显示已经被JIT编译的方法

经验：

• 在使用gcutil时，可以通过查看一段时间内，gc总时间差值占用jvm运行时间差值的比例，如果超过20%，说明堆的压力比较大，如果超过90%，说明堆里几乎没有可用空间，随时都有可能发生OOM
• 使用gc时，可以通过每隔一段时间查看老年代（OU列）的大小，如果一直是增加的，说明可能有内存泄漏

jinfo 查看或修改jvm的参数、系统属性

jinfo（Configuration Info for Java）Java配置信息工具，实时查看和调整虚拟机各项参数。jdk9之后集成到了jhsdb里面

使用示例：

# 查看
jinfo 23167		# 打印 VM flags（赋过值的） and system properties，等同于以下两项
jinfo -flags 23167	 # 打印 VM flags，赋过值的VM参数
jinfo -sysprops 23167	# 打印 system properties，在程序中也可以通过System.getProperties()获取
jinfo -flag MetaspaceSize 23167	# 打印指定的vm参数值，如MetaspaceSize
# 修改
jinfo -flag [+|-]<name> 23167	# 开启、关闭某个vm（boolean类型）参数
jinfo -flag <name>=<value>	# 设置某个vm（kv类型）参数

jinfo不仅可以查看运行时参数，也可以修改部分参数，使其立即生效（只有参数被标记为manageable的flag可以实时修改，修改能力及其有限）

• java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep manageable查看哪些可以实时修改
• java -XX:+PrintFlagsInitial，查看JVM参数启动时的初始值
• java -XX:+PrintFlagsFinal，查看JVM参数的最终值
• java -XX:+PrintCommandLineFlags，查看已经被用户或者JVM设置过的详细的XX参数参数的名称和值

jmap 导出内存映像文件和内存使用情况

jmap（Memory Map for Java）Java内存映像工具，用于生成堆转储快照，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

使用示例：

jmap -dump:live,format=b,file=fileName.hprof PID  # dump出堆内存快照，live表示只dump活着的对象，在堆比较大时，hprof文件可能会比较大
jmap -heap PID  # 显示堆内存相关信息，只显示命令执行那一刻的
jmap -histo PID  # 显示堆中类的实例数量、占用内存统计信息

一般在快OOM时提前dump，或者开启OOM自动dump，使用dump文件分析哪些对象导致OOM

• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，OOM前dump
• -XX:HeapDumpBeforeFullGC，fullGC前dump
• -XX:HeapDumpPath=<fileName.hprof>，指定文件路径，不指定则在当前目录下生成

说明：由于jmap需要访问堆中的所有对象，为了保证此过程不被应用程序干扰，jmap需要借助安全点机制，让所有线程留在不改变堆中数据的状态，也即，jmap导出的堆快照必定是在安全点位置的，这可能导致基于该堆快照的分析结果存在偏差。

比如在编译生成的机器码中，某些对象的生命周期在两个安全点之间，那么jmap live选项将无法探知到这些对象。另外，如果线程长时间无法跑到安全点，jmap将一直等下去，与jstat不同，垃圾收集器会主动将jstat需要的数据保存至固定的位置，jstat只需要直接读取即可

jhat 分析jmap导出的堆内存快照

jhat（JVM Heap Analysis Tool）：虚拟机堆转储快照分析工具，JDK提供jhat命令与jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照。（一般不用，一般拷贝快照到别的服务器使用工具进行分析）

jhat内置了一个微型的http/html服务器，生成dump文件的分析结果后，可以在浏览器http://localhost:7000 查看分析结果

jhat命令在jdk9、jdk10中已经被删除，官方建议使用visualvm代替

使用示例：

jhat xxx.hprof  # 分析堆内存快照，一般不在生产服务器使用

jstack 查看线程堆栈

jstack（Stack Trace for Java）Java堆栈跟踪工具，用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。

从JDK 5起，java.lang.Thread类新增了一个getAllStackTraces()方法用于获取虚拟机中所有线程的StackTraceElement对象。使用这个方法可以通过简单的几行代码完成jstack的大部分功能。jdk9之后集成到了jhsdb里面

使用示例：

jstack PID  # 查看线程堆栈
jstack -l -e PID  # -l表示显示锁信息，-e表示显示额外的信息（allocated、defined_classes）

生成线程快照的作用：可用于定位线程执行长时间停顿的原因，如线程死锁、死循环、请求外部资源导致长时间等待等问题，这些都是导致线程长时间停顿的常见原因，当线程长时间停顿时，就可以用jstack显示各个线程调用的堆栈情况。

一般将结果输出到一个文件里，分析文件

...

输出说明：

• 第一部分是jvm的信息，堆栈快照的时间、虚拟机版本模式等信息
• 第二部分是jvm内部线程信息（SMR为Safe Memory Reclamation安全内存分配），这里的elements与下面的各个堆栈信息的tid对应，堆栈中的nid与外部操作系统查看到的线程id对应
• 第三部分是线程的具体信息，依次为：
  • 线程名称
  • 线程id，demon表示是守护线程
  • 线程的优先级
  • 操作系统中线程的优先级
  • cpu，线程获取到的cpu总时间
  • elaspsed，线程启动后经过的时间
  • allocated，线程分配的字节数
  • defined_classes，本线程定义的class个数（要开启 -XX:+PrintExtendedThreadInfo才会输出数据）
  • tid，线程id，与SMR中elements中的值对应
  • nid，操作系统中线程id，这里显示的都是十六进制的
  • 线程的状态，waiting on condition
  • 下面就是线程具体的堆栈了
  • Locked ownable synchronizers：表示线程可用的用于同步的排它锁对象，Ownable Synchronizer是一个同步器，这个同步器的同步属性是通过使用AbstractOwnableSynchronizer或者它的子类来实现的，如ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock中的write-lock
• 第四部分是JVM的线程信息
• 最后一部分是JNI（Java Native Interface）引用的信息，注意这些引用可能会导致内存泄露，因为这些native的引用并不会被自动垃圾回收

排除线程cpu过高

可用通过top -p PID -H查出线程高的id，转换成16进制，在jstack中根据nid找到该线程的堆栈进行分析可能导致cpu过高的代码

排除死锁

分析jstack里面是否有DeadLock关键字

jcmd 多功能工具

在jdk1.7之后，新增的命令行工具jcmd，它是一个多功能工具，可以用来实现除了jstat之外的所有命令的功能，比如：导出堆、内存使用、查看java进程、导出线程信息、执行GC、JVM运行时间等

jcmd拥有jmap大部分的功能，并且官网推荐使用jcmd代替jmap

jcmd  # 列出所有的jvm进程，类似jps
jcmd PID help  # 查看针对当前进程支持的所有命令
jcmd PID 命令选项  # 执行上面支持的命令

#比如
jcmd PID Thread.print  # 打印线程堆栈，可以替换jstack
jcmd PID GC.class_histogram  # 打印对象统计信息，可以替换jmap -histo
jcmd PID GC.heap_dump fileName  # dump堆内存快照，可以替换jmap -dump
jcmd PID VM.uptime  # 查看进程启动的时间，可以替换jstat中的-t功能
jcmd PID VM.system_properties  # 查看系统属性，可以替换jinfo -sysprops
jcmd PID VM.flags  # 查看JVM的一些参数信息，可以替换jinfo -flags

jstatd 远程主机信息收集

jstatd是一个RMI服务端程序，它的作用相当于代理服务器，建立本地计算机与远程监控工具的通信，jstatd服务器将本机的java应用程序信息传递到远程计算机。

jhsdb

jdk9开始提供，集成了jstatd、jinfo、jmap、jhat、jstack

有很多子选项，增加对应的选项后可以查看具体命令帮助

查看jvm堆状态

jhsdb jmap --heap --pid PID

-class 查看类加载统计

输出说明： - 时间戳 - Loaded，加载的class数量 - Bytes，所占空间大小 - Unloaded，未加载数量 - Bytes，未加载所占空间大小 - Time，加载使用的时间

-compiler 查看编译统计

输出说明： - Compiled：编译数量 - Failed：失败数量 - Invalid：不可用数量 - Time：时间 - FailedType：失败类型 - FailedMethod：失败的方法

-gc 查看垃圾回收统计

输出说明： - S0C：第一个幸存区的大小 - S1C：第二个幸存区的大小 - S0U：第一个幸存区的使用大小 - S1U：第二个幸存区的使用大小 - EC：伊甸园区的大小 - EU：伊甸园区的使用大小 - OC：老年代大小 - OU：老年代使用大小 - MC：方法区大小 - MU：方法区使用大小 - CCSC：压缩类空间大小 - CCSU：压缩类空间使用大小 - YGC：年轻代垃圾回收次数 - YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间 - FGC：老年代垃圾回收次数 - FGCT：老年代垃圾回收消耗时间 - GCT：垃圾回收消耗总时间

-gccapacity 查看堆内存统计

输出说明： - NGCMN：新生代最小容量 - NGCMX：新生代最大容量 - NGC：当前新生代容量 - S0C：第一个幸存区大小 - S1C：第二个幸存区的大小 - EC：伊甸园区的大小 - OGCMN：老年代最小容量 - OGCMX：老年代最大容量 - OGC：当前老年代大小 - OC：当前老年代大小 - MCMN：最小元数据容量 - MCMX：最大元数据容量 - MC：当前元数据空间大小 - CCSMN：最小压缩类空间大小 - CCSMX：最大压缩类空间大小 - CCSC：当前压缩类空间大小 - YGC：年轻代gc次数 - FGC：老年代GC次数

-gccause 查看gc原因

jstat -gccause -t 8048 1s 5

元空间内存统计，新生代、老年代内存及垃圾回收统计

jstat -gcmetacapacity -t 8048 1s 5
jstat -gcnew -t 8048 1s 5
jstat -gcnewcapacity -t 8048 1s 5
jstat -gcold -t 8048 1s 5
jstat -gcoldcapacity -t 8048 1s 5

-gcutil 垃圾回收总结统计

输出说明： - S0：幸存1区当前使用比例 - S1：幸存2区当前使用比例 - E：伊甸园区使用比例 - O：老年代使用比例 - M：元数据区使用比例 - CCS：压缩使用比例 - YGC：年轻代垃圾回收次数 - YGCT：年轻代垃圾回收时间，从启动到当前时间，单位s - FGC：老年代垃圾回收次数 - FGCT：老年代垃圾回收消耗时间，从启动到当前时间，单位s - CGC：压缩类空间垃圾回收次数 - CGCT：压缩类空间垃圾回收总时间 - GCT：垃圾回收消耗总时间，从启动到当前时间，单位s

-printcompilation 查看jvm编译方法统计

输出说明： - Compiled：最近编译方法的数量 - Size：最近编译方法的字节码数量 - Type：最近编译方法的编译类型 - Method：方法名标识

jconsole

jdk自带的可视化监控工具，查看java应用程序的运行概况、监控堆信息、永久代（元空间）使用情况及类加载情况。

jdk1.5开始，用于对JVM中内存、线程和类等的监控，是一个基于JMX（Java Management Extensions）的GUI性能监控工具

直接双击jdk/bin/jconsole.exe即可，可以本地连接、远程连接，远程连接需要在环境变量中设置mx.remote.credentials指定用户名和密码，从而进行授权。

可以查看jinfo、jstack、jstat、jmap等命令的信息，提供了简单的曲线图

jvisualvm

查看jvm应用程序的详细信息，是一个功能强大的多合一的故障诊断和性能监控的可视化工具。

它集成了多个jdk命令行工具，使用visualvm可用于显示虚拟机进程及进程的配置和环境信息（jps、jinfo），监控应用程序的cpu、GC、堆、方法区及线程的信息（jstat、jstack）等，甚至代替jconsole。

在jdk6u7之后，visualvm便作为jdk的一部分发布，也可以作为独立的软件安装。支持插件扩展，并且安装插件非常方便。可以离线下载*.nbm，然后在plugin对话框的已下载页面上添加，也可以在线安装。（建议安装visualGC），插件地址：https://visualvm.github.io/pluginscenters.html ，idea中也可以安装visualvm launcher插件，配置后会自动调用jdk的jvisualvm

jdk9及以上不再自带visualVM，需要单独下载：http://visualvm.github.io/download.html ，

主要功能：

• 生成、读取堆内存快照
• 查看jvm参数和系统属性
• 查询运行中的虚拟机进程
• 生成、读取线程快照
• 程序资源的实时监控
• 其他功能：jmx代理连接、远程环境监控、cpu分析和内存分析

安装：

• 官网下载
• 解压后修改配置文件visualvm.conf，修改为使用的jdk路径

Memory Analyzer Tool（MAT）

基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的Java堆分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗。

eclipse插件，也有独立软件

主要用于分析堆内存快照：

• 所有的对象信息，包括实例变量、成员变量、存储于栈中的基本类型值和存储于堆中的其他对象的引用值
• 所有的类信息，包括ClassLoader、类名称、父类、静态变量等
• GCRoots到所有这些对象的引用路径
• 线程信息，包括线程的调用栈及此线程的线程局部变量（TLS）

MAT最吸引人的地方是能够快速的为开发人员生成内存泄漏报表，方便定位问题和分析问题。虽然MAT有如此强大的功能，但是内存分析也没有简单到一键完成的程度，很多内存问题还是需要我们从MAT展现给我们的信息当中通过经验和直觉判断才能发现。

实际一般采用jmap + MAT进行离线分析。

使用概念：

• 保留集（retained set），对象a的保留集指当对象a被垃圾回收后，可以被释放的所有的对象的集合（包括对象a），及对象a的保留集是只能通过对象a被直接或间接访问到的所有对象的集合。通俗的说，仅被对象a所持有的对象的集合。
• shallow heap：浅堆，表示一个对象所消耗的内存大小，不包括对象中的引用类型的对象的大小
• retained heap：深堆，当前对象，及当前对象的所有引用对象的大小，即对象的保留集中所有对象的浅堆大小之和。
• 对象的实际大小：一个对象所能触及的所有对象的浅堆大小之和，也就是通常意义上的对象大小。与深堆相比，这个在日常开发中更为直观，但实际上，这个概念和垃圾回收无关。
• 支配树（Dominator Tree）：支配树体现了对象之间的支配关系，在对象的引用图中，所有指向对象B的路径都经过对象A，则认为对象A支配对象B。如果对象A是离对象B最近的一个支配对象，则认为对象A是对象B的直接支配者。支配树是基于对象的引用图建立的，它有以下基本性质：
  • 对象A的子树（所有被对象A支配的对象的集合）表示对象A的保留集，即深堆
  • 如果对象A支配对象B，那么对象A的直接支配者也支配对象B
  • 支配树的边与对象引用图的边不直接对应
• 深堆大小减去浅堆大小，就等于该对象中的支配对象的深堆大小之和，比如List，该对象的深堆大小减去该对象的浅堆大小（对象头、类型引用、数组长度、对齐），就等于List中所有元素的深堆大小之和。

内存泄漏

严格来讲，只有对象不再使用了，但是GC又无法回收的情况，叫做内存泄漏。但是实际情况中，很多时候因为一些不太好的实践导致对象的生命周期过长，甚至导致OOM，也叫做宽泛意义上的内存泄漏。

内存泄漏的几种情况：

• 静态集合类：如果容器为static的，它们的生命周期与JVM程序一致，则容器中的对象在程序结束之前不会释放，从而造成内存泄漏。也即是，长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用，尽管短生命周期对象不再使用，但是因为长生命周期对象持有它的引用导致不能回收。
• 单例模式：单例对象的生命周期与JVM程序一致，单例持有外部对象的引用，造成外部对象无法回收
• 内部类持有外部类引用：一个外部类的实例对象返回了一个内部类的实例对象，这个内部类对象被长期引用了，那么即使这个外部类对象不再使用，但由于内部类对象持有外部类的实例对象，这个外部类对象也不会被垃圾回收，造成内存泄漏。
• 各种连接，如数据库连接、网络连接和IO等，没有在finally中关闭。
• 变量不合理的作用域
• 改变哈希值：当一个对象被放进hashSet之后，就不能修改这个对象中参与计算哈希值的字段了，否则对象修改后的哈希值与最初存入hashSet中的哈希值就不同了，在这种情况下，即使使用contains方法使用该对象的当前引用作为参数在hashSet中检索对象，也无法返回对象的结果，这也导致无法从hashSet中单独删除当前对象
• 缓存泄漏，如HashMap，可以使用WeakHashMap
• 监听器和回调：如果客户端在你实现的api中注册回调，却没有显式的取消，那么就会积聚，需要确保回调立即被当做立即回收的最佳方法时只保存它的弱引用，例如将他们保持为WeakHashMap中的key

OQL（Object Query Language）

MAT支持一种类似SQL的OQL查询语言，可以在堆中进行对象的查找和筛选

select * from java.util.ArrayList  # 查询堆中的ArrayList对象
select v.elementData from java.util.ArrayList v  # 查询ArrayList对象中的elementData属性
select objects v.elementData from java.util.ArrayList v # 以对象的形式展示
select as retained set * from java.util.ArrayList  # 显示所有ArrayList对象的保留集
select * from 0xabcdef  # 查询指定地址的对象
select * from char[] s where s.@length > 10  # 查询长度大于10的char数组
select * from java.lang.String s where toString(s) like ".*java"  # 返回包含java字符串对象
select * from java.lang.String s where s.value != null  # 返回value不为null的字符串
# where支持多个条件的and or
select * from java.util.Vector v where v.elementData.@length > 15 and v.@retainedHeapSize > 1000  # 长度大于15且深堆大于1000的Vector
# 访问对象的属性
select toString(f.path.value) from java.io.File f  # 访问java.io.File对象的path属性并进一步访问value的值
select s.toString(), s.@objectId, s.objectAddress from java.lang.String s  # 查询String对象的内容
select v.elementData.@length from java.util.Vector v  # 查询内部数组的长度
select * from INSTANCEOF java.util.Vector  # 查询所有Vector及子类型

JProfiler

商业软件，需要付费，功能强大，与VisualVM类似，功能更强大。下载地址：https://www.ej-technologies.com/products/jprofiler/overview.html

主要功能：

• 方法调用，对方法调用的分析可以帮你了解应用程序在做什么，并找到提高性能的方法
• 内存分配，通过分析堆上对象、引用链和垃圾收集能帮你修复内存泄漏问题，优化内存使用
• 线程和锁，提供各种针对线程和锁的分析视图，帮助发现多线程问题
• 高级子系统，许多性能问题都发生在更高语义级别上，比如jdbc调用，可能需要找出执行最慢的sql语句，JProfiler支持对这些子系统进行集成分析

jprofiler13注册码：L-J12-STALKER#5846458-y8bdm6q8gtr7b#228a

数据采集方式：Instrumentation模式，重构字节码，对jvm有一定影响。Sampling，抽样模式

Athas

alibaba开源的Java诊断工具

arthas基于哪些工具实现：

• 基于grey-anatomy二次开发
• termd，命令行实现
• crash，文本渲染
• cli，命令行界面基于vert.x提供的cli库进行开发
• compiler，内存编译器来源
• apache common net，telnet client代码来源
• javaagent，运行在main方法前的拦截器
• asm，一个通用的java字节码操作和分析框架

使用：https://www.cnblogs.com/bingmous/p/15620831.html

• 启动：java -jar arthas-boot.jar或者java -jar arthas-boot.jar PID
• 查看帮助文档：java -jar arthas-boot.jar -h

Java Mission Control（JMC）

内置Java Flight Recorder（JFR），能够以极低的性能开销收集Java虚拟机的性能数据。

jdk11后开源

JFR是JMC的一个组件

其他工具

Flame Graphs（火焰图）

显示cpu消耗的瓶颈，横轴是时间，纵轴是调用栈，一个格子是一个栈帧

关于火焰图的讲解大部分来自https://www.brendangregg.com/flamegraphs.html ,

TProfiler

最重要的特性就是能够统计出指定时间内JVM的top method，这些top method极有可能是造成jvm性能的瓶颈

Btrace

Java运行时追踪工具，可以在不停机的情况下，跟踪指定的方法调用、构造函数和系统内存等信息。

动态调用应用程序的类以注入跟踪代码（字节码跟踪）

YourKit

JProbe

Spring Insight

总结

• 查看堆栈：jstack -l -e PID
• 查看堆内存：jhsdb jmap --heap --pid PID
• dump堆：jmap -dump:live,format=b,file=./t.bin PID