JVM 监控以及内存分析

Java 语言,开发者不能直接控制程序运行内存,对象的创建都是由类加载器一步步解析,执行与生成与内存区域中的;并且 jvm 有自己的垃圾回收器对内存区域管理、回收;但是我们已经可以通过一些工具来在程序运行时查看对应的 jvm 内存使用情况,帮助更好的分析与优化我们的代码。

查看系统里 java 进程信息

// 查看当前机器上所有运行的java进程名称与pid(进程编号)
jps -l
// 显示指定的jvm进程所有的属性设置和配置参数
jinfo pid

jmap -histo

查看类的内存占用

$ pid=\`jps | awk '{if ($2 == "Bootstrap") print $1}'`
$ jmap -histo $pid >>1.jmap

 num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
   1:         16226      862336904  [Ljava.util.HashMap$Node;
   2:        230727       14940520  [B
   3:          5105       14082960  [I
   4:        205826       12756064  [C
   5:        150472        4815104  java.util.HashMap$Node
   6:        186884        4485216  java.lang.String
   7:        277734        4443744  java.lang.Integer
   8:        108699        4347960  com.jiemo.school.model.impl.SchoolModel
   9:        128405        4108960  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node
  10:           114        1512448  [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node;
  11:         34496        1511024  [Ljava.lang.Object;
  12:         25702        1233696  java.nio.HeapByteBuffer
  13:         34277        1096864  java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$Node
  14:          7665         856392  java.lang.Class
  15:         18725         749000  java.util.HashMap$KeyIterator
  16:         14489         695472  java.nio.HeapCharBuffer
  17:         28122         674928  java.util.ArrayList
  18:         25272         642776  [Ljava.lang.String;
  19:         15380         615200  java.net.DatagramPacket

class name 解读
B 代表 byte
C 代表 char
D 代表 double
F 代表 float
I 代表 int
J 代表 long
Z 代表 boolean
前边有[代表数组,[I 就相当于 int[]
对象用[L+类名表示

如果某个类的个数特别多, 就得检查是否内存溢出了。

jmap -heap

$ jmap -heap 22792
Attaching to process ID 19395, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.45-b02

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 8 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0                            # 对应jvm启动参数 -XX:MinHeapFreeRatio 设置JVM堆最小空闲比率 (默认40)
   MaxHeapFreeRatio         = 100                          # 对应jvm启动参数 -XX:MaxHeapFreeRatio 设置JVM堆最大空闲比率 (默认70)
   MaxHeapSize              = 8388608000 (8000.0MB)        # 对应jvm启动参数 -XX:MaxHeapSize 设置JVM堆的最大大小
   NewSize                  = 44564480 (42.5MB)            # 对应jvm启动参数 -XX:NewSize 设置JVM堆的年轻代的默认大小
   MaxNewSize               = 2796027904 (2666.5MB)        # 对应jvm启动参数 -XX:MaxNewSize 设置JVM堆的年轻带的最大大小
   OldSize                  = 89653248 (85.5MB)            # 对应jvm启动参数 -XX:OldSize 设置JVM堆的老年代的大小
   NewRatio                 = 2                            # 对应jvm启动参数 -XX:NewRatio 老年代与年轻代的大小比率
   SurvivorRatio            = 8                            # 对应jvm启动参数 -XX:SurvivorRatio 设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)       # -XX:MetaspaceSize
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)        # -XX:CompressedClassSpaceSize, 只有当-XX:+UseCompressedClassPointers开启了才有效
   MaxMetaspaceSize         = 536870912 (512.0MB)          # -XX:MaxMetaspaceSize
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:                                         # Eden区内存分布 总量 已使用 空闲 使用比率
   capacity = 404750336 (386.0MB)
   used     = 376643272 (359.1950149536133MB)
   free     = 28107064 (26.80498504638672MB)
   93.05570335585837% used
From Space:                                         # 其中一个Survivor区内存分布 总量 已使用 空闲 使用比率
   capacity = 458227712 (437.0MB)
   used     = 383131152 (365.38233947753906MB)
   free     = 75096560 (71.61766052246094MB)
   83.61151933124464% used
To Space:                                           # 另一个Survivor区内存分布 总量 已使用 空闲 使用比率
   capacity = 492830720 (470.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 492830720 (470.0MB)
   0.0% used
PS Old Generation                                   # 当前老年代内存分布 总量 已使用 空闲 使用比率
   capacity = 918552576 (876.0MB)
   used     = 463923192 (442.43163299560547MB)
   free     = 454629384 (433.56836700439453MB)
   50.50589417758053% used


16117 interned Strings occupying 1692808 bytes.

MaxHeapFreeRatio: GC 后如果发现空闲堆内存占到整个预估堆内存的 N%(百分比),则收缩堆内存的预估最大值, 预估堆内存是堆大小动态调控的重要选项之一. 堆内存预估最大值一定小于或等于固定最大值(-Xmx 指定的数值). 前者会根据使用情况动态调大或缩小, 以提高 GC 回收的效率
MinHeapFreeRatio: GC 后如果发现空闲堆内存占到整个预估堆内存的 N%(百分比), 则放大堆内存的预估最大值

MaxHeapSize: 即-Xmx, 堆内存大小的上限
InitialHeapSize: 即-Xms, 堆内存大小的初始值

NewSize: 新生代预估堆内存占用的默认值
MaxNewSize: 新生代占整个堆内存的最大值

OldSize: 老年代的默认大小, default size of the tenured generation
NewRatio: 老年代对比新生代的空间大小, 比如 2 代表老年代空间是新生代的两倍大小. The ratio of old generation to young generation.

SurvivorRatio: Eden/Survivor 的值. 这个值的说明, 很多网上转载的都是错的. 8 表示 Survivor:Eden=1:8, 因为 survivor 区有 2 个, 所以 Eden 的占比为 8/10. Ratio of eden/survivor space size. -XX:SurvivorRatio=6 sets the ratio between each survivor space and eden to be 1:6, each survivor space will be one eighth of the young generation.

MetaspaceSize: 分配给类元数据空间的初始大小(Oracle 逻辑存储上的初始高水位,the initial high-water-mark ). 此值为估计值. MetaspaceSize 设置得过大会延长垃圾回收时间. 垃圾回收过后, 引起下一次垃圾回收的类元数据空间的大小可能会变大
MaxMetaspaceSize: 是分配给类元数据空间的最大值, 超过此值就会触发 Full GC. 此值仅受限于系统内存的大小, JVM 会动态地改变此值

CompressedClassSpaceSize: 类指针压缩空间大小, 默认为 1G

G1HeapRegionSize: G1 区块的大小, 取值为 1M 至 32M. 其取值是要根据最小 Heap 大小划分出 2048 个区块. With G1 the Java heap is subdivided into uniformly sized regions. This sets the size of the individual sub-divisions. The default value of this parameter is determined ergonomically based upon heap size. The minimum value is 1Mb and the maximum value is 32Mb. Sets the size of a G1 region. The value will be a power of two and can range from 1MB to 32MB. The goal is to have around 2048 regions based on the minimum Java heap size.

指针压缩

  1. 64 位平台上默认打开 1)使用-XX:+UseCompressedOops 压缩对象指针
    “oops”指的是普通对象指针(“ordinary” object pointers)。
    Java 堆中对象指针会被压缩成 32 位。
    使用堆基地址(如果堆在低 26G 内存中的话,基地址为 0) 2)使用-XX:+UseCompressedClassPointers 选项来压缩类指针
    对象中指向类元数据的指针会被压缩成 32 位
    类指针压缩空间会有一个基地址
  2. 元空间和类指针压缩空间的区别 1)类指针压缩空间只包含类的元数据,比如 InstanceKlass, ArrayKlass
    仅当打开了 UseCompressedClassPointers 选项才生效
    为了提高性能,Java 中的虚方法表也存放到这里
    这里到底存放哪些元数据的类型,目前仍在减少 2)元空间包含类的其它比较大的元数据,比如方法,字节码,常量池等。

jstat -gcutil [pid] [internal]

 S0     S1     E      O      M     CCS     YGC     YGCT     FGC    FGCT     GCT
83.61   0.00  93.25  50.51  97.92  93.98   32     45.703    10    16.852   62.555

S0: Survivor 0 区的空间使用率 Survivor space 0 utilization as a percentage of the space’s current capacity.
S1: Survivor 1 区的空间使用率 Survivor space 1 utilization as a percentage of the space’s current capacity.
E: Eden 区的空间使用率 Eden space utilization as a percentage of the space’s current capacity.
O: 老年代的空间使用率 Old space utilization as a percentage of the space’s current capacity.
M: 元数据的空间使用率 Metaspace utilization as a percentage of the space’s current capacity.
CCS: 类指针压缩空间使用率 Compressed class space utilization as a percentage.
YGC: 新生代 GC 次数 Number of young generation GC events.
YGCT: 新生代 GC 总时长 单位秒 Young generation garbage collection time.
FGC: Full GC 次数 Number of full GC events.
FGCT: Full GC 总时长 单位秒 Full garbage collection time.
GCT: 总共的 GC 时长 单位秒 Total garbage collection time.

查看 JVM 参数及值的命令行工具

  1. -XX:+PrintFlagsInitial 参数
    显示所有可设置参数及默认值,可结合-XX:+PrintFlagsInitial 与-XX:+PrintFlagsFinal 对比设置前、设置后的差异,方便知道对那些参数做了调整。

    $ java -XX:+PrintFlagsInitial
    [Global flags]
     uintx AdaptiveSizeDecrementScaleFactor          = 4                                   {product}
     uintx AdaptiveSizeMajorGCDecayTimeScale         = 10                                  {product}
     uintx AdaptiveSizePausePolicy                   = 0                                   {product}
     uintx AdaptiveSizePolicyCollectionCostMargin    = 50                                  {product}
     uintx AdaptiveSizePolicyInitializingSteps       = 20                                  {product}
     uintx AdaptiveSizePolicyOutputInterval          = 0                                   {product}
     uintx AdaptiveSizePolicyWeight                  = 10                                  {product}
     uintx AdaptiveSizeThroughPutPolicy              = 0                                   {product}
     uintx AdaptiveTimeWeight                        = 25                                  {product}
     bool AdjustConcurrency                         = false                               {product}
     bool AggressiveOpts                            = false                               {product}
     intx AliasLevel                                = 3                                   {C2 product}
     bool AlignVector                               = true                                {C2 product}
     intx AllocateInstancePrefetchLines             = 1                                   {product}
     intx AllocatePrefetchDistance                  = -1                                  {product}
     intx AllocatePrefetchInstr                     = 0                                   {product}
     intx AllocatePrefetchLines                     = 3                                   {product}
     intx AllocatePrefetchStepSize                  = 16                                  {product}
  2. -XX:+PrintFlagsFinal 参数
    可以获取到所有可设置参数及值(手动设置之后的值),这个参数只能使用在 Jdk6 update 21 以上版本(包括该版本)。-XX:+PrintFlagsFinal 参数的使用 与上面-XX:+PrintFlagsInitial 参数使用相同

    Java -XX:+PrintFlagsFinal
  3. 使用 jinfo 命令 查看或设置某个参数的值,jinfo 命令格式:

    jinfo [option] <pid>

2017-07-18 更新

jcmd

在 JDK 1.7 之后,新增了一个命令行工具 jcmd。它是一个多功能工具,可以用来导出堆,查看 Java 进程,导出线程信息,执行 GC 等。

  • 列出当前运行的所有虚拟机

    $ jcmd -l
    30356 com.aliyun.tianji.cloudmonitor.Application
    8757 org.jruby.Main /opt/logstash/lib/bootstrap/environment.rb logstash/runner.rb -f /etc/logstash/conf.d/event-operate-post-shipper.yaml
    8713 org.jruby.Main /opt/logstash/lib/bootstrap/environment.rb logstash/runner.rb -f /etc/logstash/conf.d/statistics-shipper.yaml
    11615 sun.tools.jcmd.JCmd -l
    21167 org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

    参数-l表示列出所有 java 虚拟机,针对每一个虚拟机,可以使用 help 命令列出该虚拟机支持的所有命令,如下图所示,以 21167 这个进程为例:

    <!–hexoPostRenderEscape:

    $ jcmd 21167 help
    21167:
    The following commands are available:
    JFR.stop
    JFR.start
    JFR.dump
    JFR.check
    VM.native_memory
    VM.check_commercial_features
    VM.unlock_commercial_features
    ManagementAgent.stop
    ManagementAgent.start_local
    ManagementAgent.start
    GC.rotate_log
    Thread.print
    GC.class_stats
    GC.class_histogram
    GC.heap_dump
    GC.run_finalization
    GC.run
    VM.uptime
    VM.flags
    VM.system_properties
    VM.command_line
    VM.version
    help

For more information about a specific command use 'help <command>'.:hexoPostRenderEscape–>

  • 查看虚拟机启动时间 VM.uptime

    <!–hexoPostRenderEscape:

    $ jcmd 21167 VM.uptime
    21167:

527760.414 s:hexoPostRenderEscape–>

  • 打印线程栈信息 Thread.print
  • 查看系统中类统计信息 GC.class_histogram
  • 导出堆信息 GC.heap_dump(这个命令可以导出当前堆栈信息,功能和jmap -dump功能一样)
  • 获取系统 Properties 内容 VM.system_properties
  • 获取启动参数 VM.flags
  • 获取所有性能相关数据 PerfCounter.print

总结:jcmd 拥有 jmap 的大部分功能,并且 Oracle 官方也建议使用 jcmd 代替 jmap。


本博客所有文章除特别声明外,均采用 CC BY-SA 4.0 协议 ,转载请注明出处!