1、基础故障处理工具
Java开发人员肯定都知道JDK的bin目录中有java.exe、javac.exe这两个命令行工具,但并非所有程序员都了解过JDK的bin目录下其他各种小工具的作用。随着JDK版本的更迭,这些小工具的数量和功能也在不知不觉地增加与增强。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,
1.1 JPS
JDK的很多小工具的名字都参考了UNIX命令的命名方式,jps(JVM Process Status Tool)是其中的典型。除了名字像UNIX的ps命令之外,它的功能也和ps命令类似:可以列出正在运行的虚拟机进程,并显示虚拟机执行主类(Main Class,main()函数所在的类)名称以及这些进程的本地虚拟机唯一ID(LVMID,Local Virtual Machine Identifier)。虽然功能比较单一,但它绝对是使用频率最高的JDK命令行工具,因为其他的JDK工具大多需要输入它查询到的LVMID来确定要监控的是哪一个虚拟机进程。对于本地虚拟机进程来说,LVMID与操作系统的进程ID(PID,Process Identifier)是一致的,使用Windows的任务管理器或者UNIX的ps命令也可以查询到虚拟机进程的LVMID,但如果同时启动了多个虚拟机进程,无法根据进程名称定位时,那就必须依赖jps命令显示主类的功能才能区分了。
jps命令格式:
jps [ options ] [ hostid ]
jps执行样例:
2388 D:\Develop\glassfish\bin\..\modules\admin-cli.jar
2764 com.sun.enterprise.glassfish.bootstrap.ASMain
3788 sun.tools.jps.Jps
jps 还可以通过 RMI 协议查询开启了RMI服务的远程虚拟机进程状态,参数 hostid 为RMI注册表中注册的主机名。jps的其他常用选项见下表:
1.2 jstat:虚拟机统计信息监视工具
jstat(JVM Statistics Monitoring Tool)是用于监视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加载、内存、垃圾收集、即时编译等运行时数据,在没有GUI图形界面、只提供了纯文本控制台环境的服务器上,它将是运行期定位虚拟机性能问题的常用工具。
jstat命令格式为:
jstat [ option vmid [interval[s|ms] [count]] ]
对于命令格式中的VMID与LVMID需要特别说明一下:如果是本地虚拟机进程,VMID与LVMID是一致的;如果是远程虚拟机进程,那VMID的格式应当是:
[protocol:][//]lvmid[@hostname[:port]/servername]
参数interval和count代表查询间隔和次数,如果省略这2个参数,说明只查询一次。假设需要每250毫秒查询一次进程2764垃圾收集状况,一共查询20次,那命令应当是:
jstat -gc 2764 250 20
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。详细请参考下表:
jstat监视选项众多,囿于版面原因无法逐一演示,这里仅举一个在命令行下监视一台刚刚启动的GlassFish v3服务器的内存状况的例子,用以演示如何查看监视结果。监视参数与输出结果如代码清单如下所示:
jstat -gcutil 2764
S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT
0.00 0.00 6.20 41.42 47.20 16 0.105 3 0.472 0.577
查询结果表明:这台服务器的新生代Eden区(E,表示Eden)使用了6.2%的空间,2个Survivor区(S0、S1,表示Survivor0、Survivor1)里面都是空的,老年代(O,表示Old)和永久代(P,表示Permanent)则分别使用了41.42%和47.20%的空间。程序运行以来共发生Minor GC(YGC,表示YoungGC)16次,总耗时0.105秒;发生Full GC(FGC,表示Full GC)3次,总耗时(FGCT,表示Full GC Time)为0.472秒;所有GC总耗时(GCT,表示GC Time)为0.577秒。
使用jstat工具在纯文本状态下监视虚拟机状态的变化,在用户体验上也许不如后文将会提到的JMC、VisualVM等可视化的监视工具直接以图表展现那样直观,但在实际生产环境中不一定可以使用图形界面,而且多数服务器管理员也都已经习惯了在文本控制台工作,直接在控制台中使用jstat命令依然是一种常用的监控方式。
1.3 jinfo:Java配置信息工具
jinfo(Configuration Info for Java)的作用是实时查看和调整虚拟机各项参数。使用jps命令的-v参数可以查看虚拟机启动时显式指定的参数列表,但如果想知道未被显式指定的参数的系统默认值,除了去找资料外,就只能使用jinfo的-flag选项进行查询了(如果只限于JDK 6或以上版本的话,使用java-XX:+PrintFlagsFinal查看参数默认值也是一个很好的选择)。jinfo还可以使用-sysprops选项把虚拟机进程的System.getProperties()的内容打印出来。这个命令在JDK 5时期已经随着Linux版的JDK发布,当时只提供了信息查询的功能,JDK 6之后,jinfo在Windows和Linux平台都有提供,并且加入了在运行期修改部分参数值的能力(可以使用-flag[+|-]name或者-flag name=value在运行期修改一部分运行期可写的虚拟机参数值)。在JDK 6中,jinfo对于Windows平台功能仍然有较大限制,只提供了最基本的-flag选项。
jinfo命令格式:
jinfo [ option ] pid
执行样例:查询CMSInitiatingOccupancyFraction参数值:
jinfo -flag CMSInitiatingOccupancyFraction 1444
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=85
1.4 jmap:Java内存映像工具
jmap(Memory Map for Java)命令用于生成堆转储快照(一般称为heapdump或dump文件)。如果不使用jmap命令,要想获取Java堆转储快照也还有一些比较“暴力”的手段:譬如:-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数,可以让虚拟机在内存溢出异常出现之后自动生成堆转储快照文件,通过-XX:+HeapDumpOnCtrlBreak参数则可以使用[Ctrl]+[Break]键让虚拟机生成堆转储快照文件,又或者在Linux系统下通过Kill-3命令发送进程退出信号“恐吓”一下虚拟机,也能顺利拿到堆转储快照。
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。
和jinfo命令一样,jmap有部分功能在Windows平台下是受限的,除了生成堆转储快照的-dump选项和用于查看每个类的实例、空间占用统计的-histo选项在所有操作系统中都可以使用之外,其余选项都只能在Linux/Solaris中使用。
jmap命令格式:
jmap [ option ] vmid
option选项的合法值与具体含义如表所示:
下列代码是使用jmap生成一个正在运行的Eclipse的堆转储快照文件的例子,例子中的3500是通过jps命令查询到的LVMID。
jmap -dump:format=b,file=eclipse.bin 3500
Dumping heap to C:\Users\IcyFenix\eclipse.bin ...
Heap dump file created
1.5 jhat:虚拟机堆转储快照分析工具
JDK提供jhat(JVM Heap Analysis Tool)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。不过实事求是地说,在实际工作中,除非手上真的没有别的工具可用,否则多数人是不会直接使用jhat命令来分析堆转储快照文件的,主要原因有两个方面。一是一般不会在部署应用程序的服务器上直接分析堆转储快照,即使可以这样做,也会尽量将堆转储快照文件复制到其他机器上进行分析,因为分析工作是一个耗时而且极为耗费硬件资源的过程,既然都要在其他机器上进行,就没有必要再受命令行工具的限制了。另外一个原因是jhat的分析功能相对来说比较简陋,后文将会介绍到的VisualVM,以及专业用于分析堆转储快照文件的Eclipse Memory Analyzer、IBM HeapAnalyzer等工具,都能实现比jhat更强大专业的分析功能。下面代码演示了使用jhat分析上一节采用jmap生成的Eclipse IDE的内存快照文件。
jhat eclipse.bin
Reading from eclipse.bin...
Dump file created Fri Nov 19 22:07:21 CST 2010
Snapshot read, resolving...
Resolving 1225951 objects...
Chasing references, expect 245 dots....
Eliminating duplicate references...
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.
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:如图所示:
分析结果默认以包为单位进行分组显示,分析内存泄漏问题主要会使用到其中的“Heap Histogram”(与jmap-histo功能一样)与OQL页签的功能,前者可以找到内存中总容量最大的对象,后者是标准的对象查询语言,使用类似SQL的语法对内存中的对象进行查询统计。
1.6 jstack:Java堆栈跟踪工具
jstack(Stack Trace for Java)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)。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合,生成线程快照的目的通常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挂起等,都是导致线程长时间停顿的常见原因。线程出现停顿时通过jstack来查看各个线程的调用堆栈,就可以获知没有响应的线程到底在后台做些什么事情,或者等待着什么资源。
jstack命令格式:
jstack [ option ] vmid
option选项的合法值与具体含义如下表所示:
下面是使用jstack查看Eclipse线程堆栈的例子,例子中的3500是通过jps命令查询到的 LVMID。
jstack -l 3500
2010-11-19 23:11:26
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (17.1-b03 mixed mode):
"[ThreadPool Manager] - Idle Thread" daemon prio=6 tid=0x0000000039dd4000 nid= 0xf50 in Object.wait() [0x000000003c96f000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x0000000016bdcc60> (a org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor)
at java.lang.Object.wait(Object.java:485)
at org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor.run (Executor. java:106)
- locked <0x0000000016bdcc60> (a org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor)
Locked ownable synchronizers:
- None
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,在实际项目中不妨调用这个方法做个管理员页面,可以随时使用浏览器来查看线程堆栈。
2、可视化故障处理工具
2.1、JHSDB:基于服务性代理的调试工具
JDK中提供了JCMD和JHSDB两个集成式的多功能工具箱,它们不仅整合了上一节介绍到的所有基础工具所能提供的专项功能,而且由于有着“后发优势”,能够做得往往比之前的老工具们更好、更强大,下表所示是JCMD、JHSDB与原基础工具实现相同功能的简要对比。
JHSDB是一款基于服务性代理(Serviceability Agent,SA)实现的进程外调试工具。服务性代理是HotSpot虚拟机中一组用于映射Java虚拟机运行信息的、主要基于Java语言(含少量JNI代码)实现的API集合。服务性代理以HotSpot内部的数据结构为参照物进行设计,把这些C++的数据抽象出Java模型对象,相当于HotSpot的C++代码的一个镜像。通过服务性代理的API,可以在一个独立的Java虚拟机的进程里分析其他HotSpot虚拟机的内部数据,或者从HotSpot虚拟机进程内存中dump出来的转储快照里还原出它的运行状态细节。服务性代理的工作原理跟Linux上的GDB或者Windows上的Windbg是相似的。
2.2、JConsole:Java监视与管理控制台
JConsole(Java Monitoring and Management Console)是一款基于JMX(Java Manage-ment Extensions)的可视化监视、管理工具。它的主要功能是通过JMX的MBean(Managed Bean)对系统进行信息收集和参数动态调整。JMX是一种开放性的技术,不仅可以用在虚拟机本身的管理上,还可以运行于虚拟机之上的软件中,典型的如中间件大多也基于JMX来实现管理与监控。虚拟机对JMX MBean的访问也是完全开放的,可以使用代码调用API、支持JMX协议的管理控制台,或者其他符合JMX规范的软件进行访问。
1) 内存监控
2)线程监控
2.3、VisualVM:多合-故障处理工具
VisualVM(All-in-One Java Troubleshooting Tool)是功能最强大的运行监视和故障处理程序之一,曾经在很长一段时间内是Oracle官方主力发展的虚拟机故障处理工具。Oracle曾在VisualVM的软件说明中写上了“All-in-One”的字样,预示着它除了常规的运行监视、故障处理外,还将提供其他方面的能力,譬如性能分析(Profiling)。VisualVM的性能分析功能比起JProfiler、YourKit等专业且收费的Profiling工具都不遑多让。而且相比这些第三方工具,VisualVM还有一个很大的优点:不需要被监视的程序基于特殊Agent去运行,因此它的通用性很强,对应用程序实际性能的影响也较小,使得它可以直接应用在生产环境中。这个优点是JProfiler、YourKit等工具无法与之媲美的。
2.4 Java Mission Control:可持续在线的监控工具
JMC最初是BEA公司的产品,因此并没有像VisualVM那样一开始就基于自家的Net-Beans平台来开发,而是选择了由IBM捐赠的Eclipse RCP作为基础框架,现在的JMC不仅可以下载到独立程序,更常见的是作为Eclipse的插件来使用。JMC与虚拟机之间同样采取JMX协议进行通信,JMC一方面作为JMX控制台,显示来自虚拟机MBean提供的数据;另一方面作为JFR的分析工具,展示来自JFR的数据。启动后JMC的主界面如图所示: