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 $pid >>1.jmapnum     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------1:         16226      862336904  [Ljava.util.HashMap$Node;2:        230727       14940520  [B3:          5105       14082960  [I4:        205826       12756064  [C5:        150472        4815104  java.util.HashMap$Node6:        186884        4485216  java.lang.String7:        277734        4443744  java.lang.Integer8:        108699        4347960  com.jiemo.school.model.impl.SchoolModel9:        128405        4108960  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node10:           114        1512448  [Ljava.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node;11:         34496        1511024  [Ljava.lang.Object;12:         25702        1233696  java.nio.HeapByteBuffer13:         34277        1096864  java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$Node14:          7665         856392  java.lang.Class15:         18725         749000  java.util.HashMap$KeyIterator16:         14489         695472  java.nio.HeapCharBuffer17:         28122         674928  java.util.ArrayList18:         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-b02using 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:MetaspaceSizeCompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)        # -XX:CompressedClassSpaceSize, 只有当-XX:+UseCompressedClassPointers开启了才有效MaxMetaspaceSize         = 536870912 (512.0MB)          # -XX:MaxMetaspaceSizeG1HeapRegionSize         = 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% used16117 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

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
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

-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}

-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
```
使用 jinfo 命令查看或设置某个参数的值，jinfo 命令格式：
```
jinfo [option] <pid>
```

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

[root@apple ~]# 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
[root@apple ~]#

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：

[root@apple ~]# 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
helpFor more information about a specific command use 'help <command>'.

查看虚拟机启动时间 VM.uptime

[root@apple ~]# jcmd 21167 VM.uptime
21167:
527760.414 s

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。

本文作者： Yibo
本文链接： https://windmt.com/2016/08/01/jvm-monitoring/
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