使用JDK自带工具进行JVM内存分析之旅

使用JDK自带工具进行JVM内存分析之旅

JVM内存分析是排查和预防Java应用程序中内存问题的重要手段。通过使用JDK自带的工具，如jps、jcmd、jstat、jstack和jmap，可以全面了解JVM的运行状态，诊断性能问题，并解决内存相关的错误。本文将详细介绍这些工具的使用方法及其应用场景。

JVM内存分析的重要性

进行JVM内存分析可以排查存在和潜在的问题。通过借助JDK自带的常用工具，可以分析大概可能的问题定位以及确定优化方向。

JVM内存分析有很多好处：

• 内存泄漏排查：JVM内存泄漏是指应用程序中的对象占用的内存无法被垃圾回收器释放，导致内存占用持续增长，最终耗尽可用内存。通过内存分析工具，可以检测到哪些对象占用了大量内存且无法被释放，进而定位到可能存在内存泄漏的代码。

• 内存优化：合理优化JVM内存配置可以提高应用程序的性能和稳定性。通过分析应用程序的内存使用情况，可以调整堆内存大小、永久代（如果是旧版Java）大小、新生代与老年代比例等参数，以减少垃圾回收频率，降低内存占用。

• 性能调优：内存分析也有助于发现内存中的瓶颈，如频繁的Full GC（全局垃圾回收）导致的停顿时间过长。通过调整垃圾回收器类型、GC算法、堆内存大小等参数，可以改善应用程序的性能表现。

• 异常分析：当应用程序出现内存相关的异常，如OutOfMemoryError（内存溢出错误）时，通过分析内存使用情况可以找到导致异常的根本原因，例如某个模块或对象占用了过多内存。

• 容量规划：对于大型应用程序或者需要长时间运行的系统，进行内存分析可以帮助进行容量规划，确保系统具有足够的内存资源支持应用程序的正常运行。

一次JVM内存分析之旅

当需要进行JVM内存分析时，结合使用jps、jcmd、jstat、jstack和jmap可以提供全面的诊断信息。下面是一般的步骤：

1. 使用jps查看Java进程的PID

   jps -l
   

   这将列出所有Java进程的PID和主类名。

2. 使用jcmd执行一些诊断命令

   jcmd <PID> VM.flags
   jcmd <PID> VM.system_properties
   

   这些命令可以显示JVM的启动参数和系统属性，帮助了解JVM的配置。

3. 使用jstat监视JVM内存和垃圾回收情况

   jstat -gc <PID> 5000 10
   

   这将持续输出JVM的垃圾回收情况，包括各个堆区的使用情况、GC时间等。

4. 使用jstack生成线程堆栈信息

   jstack <PID>
   

   查看线程堆栈信息，以检查是否存在死锁或其他线程相关的问题。

5. 使用jmap生成堆转储文件

   jmap -dump:file=heapdump.hprof <PID>
   

   这将生成一个名为heapdump.hprof的堆转储文件，可以用于进一步分析内存使用情况，查找内存泄漏等问题。

6. 分析堆转储文件

   使用工具如Eclipse Memory Analyzer (MAT)或者VisualVM来分析生成的堆转储文件，查找内存泄漏、大对象、无用对象等问题。

通过结合使用这些工具，可以全面地了解JVM运行时的状态，诊断性能问题，以及解决内存相关的错误。

jps命令详解

jps是JDK提供了一个用于列出Java虚拟机进程的命令行工具。它通常用于查看当前系统中正在运行的Java进程的PID（进程标识符）以及对应的主类名。

下面是jps命令的使用方法：

jps [options] [hostid]

其中，options是一些可选的参数，hostid是可选的主机标识符。常用的选项包括：

• -q：仅显示进程的PID，不显示对应的主类名。
• -m：显示传递给主类的参数。
• -l：显示主类的全限定名，通常用于区分具体的Java应用程序。
• -v：显示传递给JVM的参数。

例如，要显示当前系统中所有Java进程的PID和对应的主类名，可以直接运行jps命令：

jps

如果要仅显示PID，可以使用-q选项：

jps -q

要显示主类的全限定名，可以使用-l选项：

jps -l

如果要显示传递给主类的参数，可以使用-m选项：

jps -m

如果要显示传递给JVM的参数，可以使用-v选项：

jps -v

jcmd命令详解

jcmd命令是Java 8新增的命令，可以执行多种JVM监控和诊断任务。例如，可以使用jcmd <pid> VM.flags查看JVM启动参数，或者使用jcmd <pid> Thread.print打印线程堆栈信息。

下面是jcmd命令的基本使用方法：

jcmd <PID | main class> <command> [options]

其中：

• <PID | main class>：要操作的Java进程的PID（进程标识符）或者主类名。如果提供了PID，则直接操作对应的Java进程；如果提供了主类名，则jcmd会尝试找到匹配的Java进程并执行相应的命令。
• <command>：要执行的诊断命令。
• [options]：可选的命令参数。

常用的jcmd命令包括：

• help：显示jcmd支持的命令列表，以及每个命令的简要描述。
• VM.version：显示JVM的版本信息。
• VM.flags：显示JVM的启动参数。
• VM.system_properties：显示JVM的系统属性。
• Thread.print：打印Java进程中所有线程的堆栈信息。
• GC.run：执行一次垃圾回收。
• GC.heap_dump：生成Java堆转储文件（heap dump）。

举例来说，如果要打印指定Java进程的线程堆栈信息，可以使用以下命令：

jcmd <PID> Thread.print

如果要执行一次垃圾回收，可以使用以下命令：

jcmd <PID> GC.run

如果要生成Java堆转储文件，可以使用以下命令：

jcmd <PID> GC.heap_dump <filename>

jstat命令详解

jstat命令可以监视JVM内存、垃圾回收等情况。例如，可以使用jstat -gc <pid>查看垃圾回收统计信息，或者使用jstat -gcutil <pid>查看垃圾回收统计信息及内存使用情况。

下面是jstat的基本使用方法：

jstat [options] <PID> [interval [count]]

其中：

• [options]：可选的命令选项，用于指定要监视的数据类型和格式。
• <PID>：要监视的Java进程的PID（进程标识符）。
• [interval]：可选参数，指定输出统计信息的时间间隔（以毫秒为单位）。如果省略，则默认为每秒一次。
• [count]：可选参数，指定输出统计信息的次数。如果省略，则默认为无限次输出。

常用的jstat命令选项包括：

• -class：显示类加载、卸载信息以及类加载器的状态。
• -gc：显示垃圾回收相关的信息，包括各个代的使用情况、GC时间等。
• -compiler：显示即时编译器（JIT）的编译统计信息。
• -gccapacity：显示各个堆区的容量及使用情况。
• -gcutil：显示各个堆区的使用情况，以百分比表示。
• -gccause：显示导致最近一次GC的原因。
• -printcompilation：打印方法的即时编译（JIT）信息。

举例来说，要查看Java进程的类加载情况，可以使用以下命令：

jstat -class <PID>

如果想要每隔5秒输出一次类加载信息，共输出10次，可以使用以下命令：

jstat -class <PID> 5000 10

jstat只能查看当前的GC信息，查看GC日志更适合线上环境的做法是在启动JVM时加上-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:/path/to/gc.log（JDK1.8以下）或者-Xlog:gc*:file=/path/to/gc.log（JDK9+）参数，将生成的GC日志文件放到GCViewer、GCeasy（需注册）进行分析。

jstack命令详解

jstack命令用于生成Java线程转储快照，可以用于分析线程状态、死锁等问题。例如，可以使用jstack <pid>打印线程堆栈信息，或者使用jstack -l <pid>打印线程堆栈信息及锁信息。

下面是jstack命令的基本使用方法：

jstack [options] <PID>

其中：

• [options]：可选的命令选项，用于指定输出的格式等。
• <PID>：要生成线程堆栈信息的Java进程的PID（进程标识符）。

常用的jstack命令选项包括：

• -l：长列表格式，显示关于锁的附加信息，如拥有者和等待队列。
• -F：当正常输出的jstack命令不起作用时，强制生成线程堆栈信息。这在Java进程没有响应时可能会很有用，但可能会导致进程暂停一段时间。
• -m：显示Java和本地方法的堆栈跟踪，而不仅仅是Java堆栈跟踪。
• -h：显示帮助信息。

举例来说，要生成指定Java进程的线程堆栈信息，可以使用以下命令：

jstack <PID>

如果想要输出长列表格式的线程堆栈信息，可以使用-l选项：

jstack -l <PID>

如果Java进程没有响应，可以使用-F选项强制生成线程堆栈信息：

jstack -F <PID>

jmap命令详解

异常没有发生定位异常代码，需要通过jmap生成dump文件。然后将其导入到MAT中进行分析。以下是生成堆转储文件的步骤：

1. 确定Java进程ID：首先，需要确定正在运行的Java进程的进程ID（PID）。可以使用jps命令查看正在运行的Java进程及其PID。

2. 生成堆转储文件：使用jmap命令生成堆转储文件。命令格式如下：

   jmap -dump:file=<文件路径> <PID>
   

   例如，要生成名为heapdump.hprof的堆转储文件，可以执行以下命令：

   jmap -dump:file=heapdump.hprof <PID>
   

   这将在当前工作目录下生成一个名为heapdump.hprof的堆转储文件。

3. 导入堆转储文件到MAT：将生成的堆转储文件导入到MAT中进行分析。打开MAT，然后选择File -> Open Heap Dump，然后选择生成的堆转储文件。

4. 执行内存分析：一旦堆转储文件被导入到MAT中，就可以执行内存分析，按照前面提到的步骤来查找内存问题。

通过这些步骤可以手动生成堆转储文件并使用MAT进行分析，即使没有在OutOfMemoryError发生时自动生成堆转储文件也可以找到问题所在。更适合线上环境的做法是在启动JVM时加上-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=heapdump.hprof参数，这样当发生OutOfMemoryError时，JVM会自动生成堆转储文件。