第6講-虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具

之可視化工具軟件工程系潘正軍虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!主要內(nèi)容大綱JConsole：Java監(jiān)視與管理控制臺(tái)VisualVM：多合一故障處理工具虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!本節(jié)內(nèi)容引入JDK中除了提供大量的命令行工具外，還有兩個(gè)功能強(qiáng)大的可視化工具：JConsole和VisualVM，這兩個(gè)工具是JDK的正式成員，沒有被貼上“unsupportedandexperimental”的標(biāo)簽。其中JConsole是在JDK1.5時(shí)期就已經(jīng)提供的虛擬機(jī)監(jiān)控工具，而VisualVM在JDK1.6Update7中才首次發(fā)布，現(xiàn)在已經(jīng)成為Sun（Oracle）主力推動(dòng)的多合一故障處理工具，并且已經(jīng)從JDK中分離出來成為可以獨(dú)立發(fā)展的開源項(xiàng)目。為了避免本節(jié)的講解成為對軟件說明文檔的簡單翻譯，準(zhǔn)備了一些代碼樣例，都是特意編寫的“反面教材”。后面將會(huì)使用這兩款工具去監(jiān)控、分析這幾段代碼存在的問題，算是本節(jié)簡單的實(shí)戰(zhàn)分析。讀者可以把在可視化工具觀察到的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象，與前面兩章中講解的理論知識(shí)互相印證。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!一、JConsole：Java監(jiān)視與管理控制臺(tái)JConsole（JavaMonitoringandManagementConsole）是一種基于JMX的可視化監(jiān)視、管理工具。它管理部分的功能是針對JMXMBean進(jìn)行管理，由于MBean可以使用代碼、中間件服務(wù)器的管理控制臺(tái)或者所有符合JMX規(guī)范的軟件進(jìn)行訪問，所以本節(jié)將會(huì)著重介紹JConsole監(jiān)視部分的功能。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!1.JConsole：啟動(dòng)JConsole從前面的圖可以看出，筆者的機(jī)器現(xiàn)在運(yùn)行了Eclipse和JConsole。雙擊它進(jìn)入JConsole主界面，可以看到主界面里共包括“概述”、“內(nèi)存”、“線程”、“類”、“VM摘要”、“MBean”6個(gè)頁簽，如下圖所示。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!3.JConsole：案例演示源碼虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!3.JConsole：案例運(yùn)行可視化結(jié)果虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!3.JConsole：案例運(yùn)行結(jié)果分析

程序運(yùn)行后，在“內(nèi)存”頁簽中可以看到內(nèi)存池Eden區(qū)的運(yùn)行趨勢呈現(xiàn)折線狀，如上圖所示。而監(jiān)視范圍擴(kuò)大至整個(gè)堆后，會(huì)發(fā)現(xiàn)曲線是一條向上增長的平滑曲線。并且從柱狀圖可以看出，在1000次循環(huán)執(zhí)行結(jié)束，運(yùn)行了System.gc（）后，雖然整個(gè)新生代Eden和Survivor區(qū)都基本被清空了，但是代表老年代的柱狀圖仍然保持峰值狀態(tài)，說明被填充進(jìn)堆中的數(shù)據(jù)在System.gc（）方法執(zhí)行之后仍然存活。筆者的分析到此為止，現(xiàn)提兩個(gè)小問題供讀者思考一下，答案稍后給出。1）虛擬機(jī)啟動(dòng)參數(shù)只限制了Java堆為100MB，沒有指定-Xmn參數(shù)，能否從監(jiān)控圖中估計(jì)出新生代有多大？2）為何執(zhí)行了System.gc（）之后，上圖可視化結(jié)果中代表老年代的柱狀圖仍然顯示峰值狀態(tài)，代碼需要如何調(diào)整才能讓System.gc（）回收掉填充到堆中的對象？虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!4.JConsole：線程監(jiān)控如果上面的“內(nèi)存”頁簽相當(dāng)于可視化的jstat命令的話，“線程”頁簽的功能相當(dāng)于可視化的jstack命令，遇到線程停頓時(shí)可以使用這個(gè)頁簽進(jìn)行監(jiān)控分析。前面講解jstack命令的時(shí)候提到過線程長時(shí)間停頓的主要原因主要有：等待外部資源（數(shù)據(jù)庫連接、網(wǎng)絡(luò)資源、設(shè)備資源等）、死循環(huán)、鎖等待（活鎖和死鎖）。通過下面的代碼清單分別演示一下這幾種情況。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!4.JConsole：線程監(jiān)控案例演示源碼虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!4.JConsole：線程監(jiān)控案例-main線程結(jié)果程序運(yùn)行后，首先在“線程”頁簽中選擇main線程，如圖4-7所示。堆棧追蹤顯示BufferedReader在readBytes方法中等待System.in的鍵盤輸入，這時(shí)線程為Runnable狀態(tài)，Runnable狀態(tài)的線程會(huì)被分配運(yùn)行時(shí)間，但readBytes方法檢查到流沒有更新時(shí)會(huì)立刻歸還執(zhí)行令牌，這種等待只消耗很小的CPU資源。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!4.JConsole：線程監(jiān)控案例-testLockThread線程結(jié)果下圖顯示testLockThread線程在等待著lock對象的notify或notifyAll方法的出現(xiàn)，線程這時(shí)候處于WAITING狀態(tài)，在被喚醒前不會(huì)被分配執(zhí)行時(shí)間。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!5.JConsole：線程監(jiān)控案例-死鎖演示testLockThread線程正在處于正常的活鎖等待，只要lock對象的notify（）或notifyAll（）方法被調(diào)用，這個(gè)線程便能激活以繼續(xù)執(zhí)行。下面代碼清單演示了一個(gè)無法再被激活的死鎖等待。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!5.JConsole：線程監(jiān)控案例-死鎖案例分析這段代碼開了200個(gè)線程去分別計(jì)算1+2以及2+1的值，其實(shí)for循環(huán)是可省略的，兩個(gè)線程也可能會(huì)導(dǎo)致死鎖，不過那樣概率太小，需要嘗試運(yùn)行很多次才能看到效果。一般的話，帶for循環(huán)的版本最多運(yùn)行2～3次就會(huì)遇到線程死鎖，程序無法結(jié)束。造成死鎖的原因是Integer.valueOf（）方法基于減少對象創(chuàng)建次數(shù)和節(jié)省內(nèi)存的考慮，[-128，127]之間的數(shù)字會(huì)被緩存，當(dāng)valueOf（）方法傳入?yún)?shù)在這個(gè)范圍之內(nèi)，將直接返回緩存中的對象。也就是說，代碼中調(diào)用了200次Integer.valueOf（）方法一共就只返回了兩個(gè)不同的對象。假如在某個(gè)線程的兩個(gè)synchronized塊之間發(fā)生了一次線程切換，那就會(huì)出現(xiàn)線程A等著被線程B持有的Integer.valueOf（1），線程B又等著被線程A持有的Integer.valueOf（2），結(jié)果出現(xiàn)大家都跑不下去的情景。出現(xiàn)線程死鎖之后，點(diǎn)擊JConsole線程面板的“檢測到死鎖”按鈕，將出現(xiàn)一個(gè)新的“死鎖”頁簽，如圖所示。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!5.JConsole：線程監(jiān)控案例-死鎖結(jié)果分析運(yùn)行結(jié)果圖中很清晰地顯示了線程Thread-199在等待一個(gè)被線程Thread-149持有Integer對象，而點(diǎn)擊線程Thread-149則顯示它也在等待一個(gè)Integer對象，被線程Thread-89持有，這樣兩個(gè)線程就互相卡住，都不存在等到鎖釋放的希望了。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1.VisualVM：VisualVM啟動(dòng)1.打開cmd運(yùn)行jvisualvm2.或者找到j(luò)dk的bin目錄，直接打開jvisualvm虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!2.VisualVM：VisualVM兼容范圍與插件安裝虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!2.VisualVM：VisualVM插件安裝安裝完插件，選擇一個(gè)需要監(jiān)視的程序就進(jìn)入程序的主界面了，如下圖所示。根據(jù)讀者選擇安裝插件數(shù)量的不同，看到的頁簽可能和下圖中的有所不同。visualVM主界面示例圖如下：虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!3.VisualVM使用：VisualVM堆Dump生成方式（一）虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!3.VisualVM使用：VisualVM堆Dump瀏覽虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!4.VisualVM：分析程序性能在Profiler頁簽中，VisualVM提供了程序運(yùn)行期間方法級(jí)的CPU執(zhí)行時(shí)間分析以及內(nèi)存分析，做Profiling分析肯定會(huì)對程序運(yùn)行性能有比較大的影響，所以一般不在生產(chǎn)環(huán)境中使用這項(xiàng)功能。要開始分析，先選擇“CPU”和“內(nèi)存”按鈕中的一個(gè)，然后切換到應(yīng)用程序中對程序進(jìn)行操作，VisualVM會(huì)記錄到這段時(shí)間中應(yīng)用程序執(zhí)行過的方法。如果是CPU分析，將會(huì)統(tǒng)計(jì)每個(gè)方法的執(zhí)行次數(shù)、執(zhí)行耗時(shí)；如果是內(nèi)存分析，則會(huì)統(tǒng)計(jì)每個(gè)方法關(guān)聯(lián)的對象數(shù)以及這些對象所占的空間。分析結(jié)束后，點(diǎn)擊“停止”按鈕結(jié)束監(jiān)控過程，如圖所示。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!5.VisualVM：BTrace動(dòng)態(tài)日志跟蹤BTrace是一個(gè)很“有趣”的VisualVM插件，本身也是可以獨(dú)立運(yùn)行的程序。它的作用是在不停止目標(biāo)程序運(yùn)行的前提下，通過HotSpot虛擬機(jī)的HotSwap技術(shù)[4]動(dòng)態(tài)加入原本并不存在的調(diào)試代碼。這項(xiàng)功能對實(shí)際生產(chǎn)中的程序很有意義：經(jīng)常遇到程序出現(xiàn)問題，但排查錯(cuò)誤的一些必要信息，譬如方法參數(shù)、返回值等，在開發(fā)時(shí)并沒有打印到日志之中，以至于不得不停掉服務(wù)，通過調(diào)試增量來加入日志代碼以解決問題。當(dāng)遇到生產(chǎn)環(huán)境服務(wù)無法隨便停止時(shí)，缺一兩句日志導(dǎo)致排錯(cuò)進(jìn)行不下去是一件非常郁悶的事情。在VisualVM中安裝了BTrace插件后，在應(yīng)用程序面板中右鍵點(diǎn)擊要調(diào)試的程序，會(huì)出現(xiàn)“TraceApplication……”菜單，點(diǎn)擊將進(jìn)入BTrace面板。這個(gè)面板里面看起來就像一個(gè)簡單的Java程序開發(fā)環(huán)境，里面還有一小段Java代碼，如圖所示。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!5.VisualVM：BTrace動(dòng)態(tài)日志跟蹤虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!5.VisualVM：BTrace動(dòng)態(tài)日志跟蹤案例源碼虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!5.VisualVM：BTrace動(dòng)態(tài)日志跟蹤案例源碼虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!5.VisualVM：BTrace動(dòng)態(tài)日志跟蹤案例演示BTrace的用法還有許多，打印調(diào)用堆棧、參數(shù)、返回值只是最基本的應(yīng)用，在它的網(wǎng)站上有使用BTrace進(jìn)行性能監(jiān)視、定位連接泄漏和內(nèi)存泄漏、解決多線程競爭問題等例子，有興趣的讀者可以去相關(guān)網(wǎng)站了解一下。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!1.JConsole：啟動(dòng)JConsole1.啟動(dòng)JConsole通過JDK/bin目錄下的“jconsole.exe”啟動(dòng)JConsole后，將自動(dòng)搜索出本機(jī)運(yùn)行的所有虛擬機(jī)進(jìn)程，不需要用戶自己再使用jps來查詢了，如圖所示。雙擊選擇其中一個(gè)進(jìn)程即可開始監(jiān)控，也可以使用下面的“遠(yuǎn)程進(jìn)程”功能來連接遠(yuǎn)程服務(wù)器，對遠(yuǎn)程虛擬機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!2.JConsole：內(nèi)存監(jiān)控內(nèi)存監(jiān)控“內(nèi)存”頁簽相當(dāng)于可視化的jstat命令，用于監(jiān)視受收集器管理的虛擬機(jī)內(nèi)存（Java堆和永久代）的變化趨勢。我們通過運(yùn)行代碼清單4-8中的代碼來體驗(yàn)一下它的監(jiān)視功能。運(yùn)行時(shí)設(shè)置的虛擬機(jī)參數(shù)為：-Xms100m

-Xmx100m

-XX：+UseSerialGC，這段代碼的作用是以64KB/50毫秒的速度往Java堆中填充數(shù)據(jù)，一共填充1000次，使用JConsole的“內(nèi)存”頁簽進(jìn)行監(jiān)視，觀察曲線和柱狀指示圖的變化。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!3.JConsole：案例演示源碼虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!3.JConsole：案例運(yùn)行控制臺(tái)結(jié)果虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!3.JConsole：案例問題答案問題1答案：上圖可視化結(jié)果顯示Eden空間為27328KB，因?yàn)闆]有設(shè)置-XX：SurvivorRadio參數(shù)，所以Eden與Survivor空間比例為默認(rèn)值8:1，整個(gè)新生代空間大約為27328KB×125%=34160KB。問題2答案：執(zhí)行完System.gc（）之后，空間未能回收是因?yàn)?/p>

List＜OOMObject＞list對象仍然存活，fillHeap（）方法仍然沒有退出，因此list對象在System.gc（）執(zhí)行時(shí)仍然處于作用域之內(nèi)。

如果把System.gc（）移動(dòng)到fillHeap（）方法外調(diào)用就可以回收掉全部內(nèi)存。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!4.JConsole：線程監(jiān)控案例演示源碼虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!4.JConsole：線程監(jiān)控案例演示源碼虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!4.JConsole：線程監(jiān)控案例-testBusyThread線程結(jié)果接著監(jiān)控testBusyThread線程，如下圖所示testBusyThread線程一直在執(zhí)行空循環(huán)，從堆棧追蹤中看到一直在MonitoringTest.java代碼的23行停留，23行為：while（true）。這時(shí)候線程為Runnable狀態(tài)，而且沒有歸還線程執(zhí)行令牌的動(dòng)作，會(huì)在空循環(huán)上用盡全部執(zhí)行時(shí)間直到線程切換，這種等待會(huì)消耗較多的CPU資源。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!5.JConsole：線程監(jiān)控案例-死鎖演示testLockThread線程正在處于正常的活鎖等待，只要lock對象的notify（）或notifyAll（）方法被調(diào)用，這個(gè)線程便能激活以繼續(xù)執(zhí)行。下面代碼清單演示了一個(gè)無法再被激活的死鎖等待。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!5.JConsole：線程監(jiān)控案例-死鎖演示虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!5.JConsole：線程監(jiān)控案例-死鎖運(yùn)行結(jié)果虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!二、VisualVM：多合一故障處理工具VisualVM（All-in-OneJavaTroubleshootingTool）是到目前為止隨JDK發(fā)布的功能最強(qiáng)大的運(yùn)行監(jiān)視和故障處理程序，并且可以預(yù)見在未來一段時(shí)間內(nèi)都是官方主力發(fā)展的虛擬機(jī)故障處理工具。官方在VisualVM的軟件說明中寫上了“All-in-One”的描述字樣，預(yù)示著它除了運(yùn)行監(jiān)視、故障處理外，還提供了很多其他方面的功能。如性能分析（Profiling），VisualVM的性能分析功能甚至比起JProfiler、YourKit等專業(yè)且收費(fèi)的Profiling工具都不會(huì)遜色多少，而且VisualVM的還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)：不需要被監(jiān)視的程序基于特殊Agent運(yùn)行，因此它對應(yīng)用程序的實(shí)際性能的影響很小，使得它可以直接應(yīng)用在生產(chǎn)環(huán)境中。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是JProfiler、YourKit等工具無法與之媲美的。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!2.VisualVM：VisualVM兼容范圍與插件安裝虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!2.VisualVM：VisualVM插件安裝使用VisualVM的自動(dòng)安裝功能已經(jīng)可以找到大多數(shù)所需的插件，在有網(wǎng)絡(luò)連接的環(huán)境下，點(diǎn)擊“工具”→“插件菜單”，彈出如圖所示的插件頁簽，在頁簽的“可用插件”中列舉了當(dāng)前版本VisualVM可以使用的插件，選中插件后在右邊窗口將顯示這個(gè)插件的基本信息，如開發(fā)者、版本、功能描述等。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!3.VisualVM使用：生成、瀏覽堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照VisualVM中“概述”、“監(jiān)視”、“線程”、“MBeans”的功能與前面介紹的JConsole差別不大，讀者根據(jù)上文內(nèi)容類比使用即可，下面挑選幾個(gè)特色功能、插件進(jìn)行介紹。在VisualVM中生成dump文件有兩種方式，可以執(zhí)行下列任一操作：1.在“應(yīng)用程序”窗口中右鍵單擊應(yīng)用程序節(jié)點(diǎn)，然后選擇“堆Dump”。2.在“應(yīng)用程序”窗口中雙擊應(yīng)用程序節(jié)點(diǎn)以打開應(yīng)用程序標(biāo)簽，然后在“監(jiān)視”標(biāo)簽中單擊“堆Dump”。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!3.VisualVM使用：VisualVM堆Dump生成方式（二）虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!3.VisualVM使用：VisualVM堆Dump瀏覽從堆頁簽中的“摘要”面板可以看到應(yīng)用程序dump時(shí)的運(yùn)行時(shí)參數(shù)、System.getProperties（）的內(nèi)容、線程堆棧等信息，“類”面板則是以類為統(tǒng)計(jì)口徑統(tǒng)計(jì)類的實(shí)例數(shù)量、容量信息，“實(shí)例”面板不能直接使用，因?yàn)椴荒艽_定用戶想查看哪個(gè)類的實(shí)例，所以需要通過“類”面板進(jìn)入，在“類”中選擇一個(gè)關(guān)心的類后雙擊鼠標(biāo)，即可在“實(shí)例”里面看見此類中500個(gè)實(shí)例的具體屬性信息。“OQL控制臺(tái)”面板中就是運(yùn)行OQL查詢語句的，同jhat中介紹的OQL功能一樣。如果需要了解具體OQL語法和使用，可參見本書附錄D的內(nèi)容。虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具之可視化工具共49頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!