【十四】不要问我JVM ！—— 性能调优工具

使用上述命令行工具或组合能帮您获取目标 Java 应用性能相关的基础信息，但它们存在下列局限：

无法获取方法级别的分析数据，如方法间的调用关系、各方法的调用次数和调用时间等（这对定位应用性能瓶颈至关重要）。
要求用户登录到目标 Java 应用所在的宿主机上，使用起来不是很方便。
分析数据通过终端输出，结果展示不够直观。

为此，JDK提供了一些内存泄漏的分析工具，如jconsole、jvisualvm等，用于辅助开发人员定位问题，但是这些工具很多时候并不足以满足快速定位的需求。所以这里我们介绍的工具相对多一些、丰富一些。

一、工具种类

JDK自带

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、永久区（或元空间）使用情况、类加载情况等。位置：jdk\bin\jconsole.exe
Visual VM：Visual VM是一个工具，它提供了一个可视界面，用于查看Java虚拟机上运行的基于Java技术的应用程序的详细信息。位置：jdk\bin\jvisualvm.exe
JMC：Java Mission Control，内置Java Flight Recorder。能够以极低的性能开销收集Java虚拟机的性能数据。

第三方

MAT：MAT（Memory Analyzer Tool）是基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的Java heap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的插件形式。
JProfiler：商业软件，需要付费。功能强大。与VisualVM类似。
Arthas：Alibaba开源的Java诊断工具。深受开发者喜爱。
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、构造函数调用和系统内存等信息。

二、JConsole

从Java5开始，在JDK中自带的java监控和管理控制台。

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性监控工具。

官方教程：https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/management/jconsole.html

/**
 * -Xms600m -Xmx600m -XX:SurvivorRatio=8
 */
public class HeapInstanceTest {
    byte[] buffer = new byte[new Random().nextInt(1024 * 100)];

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        ArrayList<HeapInstanceTest> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(new HeapInstanceTest());
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

在这里插入图片描述
检查堆内存的使用量，能够看不同区的分配情况

线程信息

类加载

VM信息

死锁检测

三、Visual VM

Visual VM是一个功能强大的多合一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Visual VM可用于显示虚拟机进程及进程的配置和环境信息（jps、jinfo），监视应用程序的CPU、GC、堆、方法区及线程的信息（jstat、jstack）等，甚至代替JConsole。

在JDK 6 Update 7以后，Visual VM便作为JDK的一部分发布（VisualVM在JDK/bin目录下），即：它完全免费。

此外，Visual VM也可以作为独立的软件安装。

首页：https://visualvm.github.io/index.html

3.1 插件的安装

插件地址：https://visualvm.github.io/pluginscenters.html
在这里插入图片描述
Visual VM的一大特点是支持插件扩展，并且插件安装非常方便。我们既可以通过离线下载插件文件*.nbm,然后在Plugin对话框的已下载页面下，添加已下载的插件。也可以在可用插件页面下，在线安装插件。（这里建议安装上：VisualGC）
在这里插入图片描述
IDEA安装VisualVM Launcher插件
Preferences→Plugins→搜索VisualVM Launcher，安装重启即可。

本地连接
监控本地Java进程的CPU、类、线程等

远程连接

确定远程服务器的ip地址
添加JMX（通过JMX技术具体监控远程服务器哪个Java进程）
修改bin/catalina.sh文件，连接远程的tomcat
在…/conf中添加jmxremote.access和jmxremote.password文件
将服务器地址改成公网ip地址
设置阿里云安全策略和防火墙策略
启动tomcat，查看tomcat启动日志和端口监听
JMX中输入端口号、用户名、密码登录

3.2 主要功能

public class OOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Picture> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            list.add(new Picture(new Random().nextInt(10 * 50)));
        }
    }
}

class Picture {
    private byte[] pixels;

    public Picture(int length) {
        this.pixels = new byte[length];
    }
}

3.2.1 生成/读取堆内存快照

生成Dump文件

方式1：
在这里插入图片描述
方式二：

保存Dump文件

读取Dump文件

OQL查询

死锁检测

查看JVM参数和系统属性
JVM参数

系统属性

查看运行中的虚拟机进程

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
CPU采样，可以看到对CPU占用比较长的方法
在这里插入图片描述
内存采样，可以看到哪些结构的实例数和占用的字节数

四、Eclipse MAT

MAT(Memory Analyzer Tool)工具是一款功能强大的Java堆内存分析器。可以用于查找内存泄漏以及查看内存消耗情况。

MAT是基于Eclipse开发的，不仅可以单独使用，还可以作为插件的形式嵌入在Eclipse中使用。是一款免费的性能分析工具，使用起来非常方便。大家可以在 https://www.eclipse.org/mat/downloads.php 下载并使用MAT。

只要确保机器上装有JDK并配置好相关的环境变量，MAT可正常启动。

4.1 获取堆Dump文件

dump文件内容

MAT可以分析heap dump文件。在进行内存分析时，只要获得了反映当前设备内存映像的hprof文件，通过MAT打开就可以直观地看到当前的内存信息。

一般说来，这些内存信息包含：

所有的对象信息，包括对象实例、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
GCRoot到所有的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）

两点说明
说明1 缺点：
不是万能工具，它并不能处理所有类型的存储文件。但是比较主流的厂家和格式，例如Sun、HP、SAP所用的HPROF二进制存储文文件，以及IBM的PD堆存储文件等都能良好的解析。

说明2：
在这里插入图片描述
最吸引是能内存泄露报表，方便定位问题和分析问题。虽然MAT有如此强大的功能，但是内存分析没有简单到一键完成的的程度，很多内存问题还是需要从MAT展现给我们信息当中通过经验直觉来判断i才能能发现。

获取dump文件
方法一：通过前一章介绍的jmap工具生成，可以生成任意一个java进程的dump文件

方法二：通过配置JVM参数生成

选项-XX:+HeapDumpOnOutofMemoryError或-XX:+HeapDumpBeforeFullGC
选项-XX:HeapDumpPath就是当程序出现OOM时，将会在相应的目录下生成一份dump文件。如不指定则在当前目录下生成。

对比：考虑到生产环境中几乎不可能在线对其进行分析，大都是采用离线分析，因此使用jmap+MAT工具是最常见的组合。

方法三：使用VisualVM可以导出堆dump文件

方法四：使用MAT既可以打开一个已有的堆快照，也可以通过MAT直接从活动Java程序中导出堆快照。该功能将借助jps列出当前正在运行的Java进程，以供选择并获取快照。
在这里插入图片描述

分析堆Dump文件

生成文件和报告
选择Leak Suspects Report
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在dump文件目录下回发现一个a_Leak_Suspects.zip

选项分析

Leak Suspects Report：内存泄漏疑点报告
Component Report：组件报告
Re-open previously run reports：重新打开之前已经运行过的报告

概览
在这里插入图片描述
堆文件Overview

histogram
展示了各个类的实例数目以及这些实例的Shallow heap或者Retained heap的总和

在左边可以看到某一个类的信息

可以根据包名group by

可以排序

查看引用，可以看到被一个ArrayList引用
在这里插入图片描述

查看系统中的Java线程

查看局部变量的信息

获得对象相互引用的关系

with outgoing references 该局部变量引用了谁

with incoming references 谁引用了我