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Java-性能分析和監(jiān)控工具深入詳解

更新時間：2023年01月17日 14:37:41 作者：ALONG20

這篇文章主要介紹了Java-性能分析和監(jiān)控工具深入詳解，文章內(nèi)容詳細，簡單易懂，小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧

Java監(jiān)控和管理

Java監(jiān)控和管理API

Java Standard Edition（Java SE）平臺提供的監(jiān)控和管理技術(shù) - JMX（Java Management Extensions）技術(shù)。

Java SE 中包含了用于監(jiān)控和管理的（java.lang.management）API，通過這些 API 可以實現(xiàn)應(yīng)用程序的自我監(jiān)控，此 API 主要提供了以下信息的訪問：

類加載相關(guān)。
JVM 相關(guān)，例如運行時間、系統(tǒng)環(huán)境變量、用戶輸入?yún)?shù)。
線程相關(guān)，例如線程狀態(tài)，線程的統(tǒng)計信息、線程的堆棧等。
內(nèi)存使用情況。
GC 情況。
死鎖檢測。
操作系統(tǒng)信息。

Java 8的java.lang.management模塊：

ClassLoadingMXBean：用于 Java 虛擬機的類加載系統(tǒng)的管理接口。

CompilationMXBean：用于 Java 虛擬機的編譯系統(tǒng)的管理接口。

GarbageCollectorMXBean：用于 Java 虛擬機的垃圾回收的管理接口。

MemoryManagerMXBean：內(nèi)存管理器的管理接口。

MemoryMXBeanJava ：虛擬機的內(nèi)存系統(tǒng)的管理接口。

MemoryPoolMXBean：內(nèi)存池的管理接口。

OperatingSystemMXBean：用于操作系統(tǒng)的管理接口，Java 虛擬機在此操作系統(tǒng)上運行。

RuntimeMXBeanJava ：虛擬機的運行時系統(tǒng)的管理接口。

ThreadMXBeanJava ：虛擬機線程系統(tǒng)的管理接口。

Java虛擬機的監(jiān)控

上面說到 Java SE 中已經(jīng)內(nèi)置了開箱即用的監(jiān)控和管理功能，通過這些功能可以實現(xiàn)程序的自我監(jiān)測，Java 默認已經(jīng)實現(xiàn)了對 Java 虛擬機相關(guān)信息的監(jiān)測。

下面通過一個簡單的示例，演示如何通過監(jiān)控管理 API 獲取系統(tǒng)信息、編譯器信息、內(nèi)存信息以及垃圾收集器信息。

 public static void main(String[] args) {

        showJvmInfo();
        showMemoryInfo();
        showSystem();
        showClassLoading();
        showCompilation();
        showThread();
        showGarbageCollector();
        showMemoryManager();
        showMemoryPool();
    }

    /**
     * Java 虛擬機的運行時系統(tǒng)
     */
    public static void showJvmInfo() {
        RuntimeMXBean rtMxBean = ManagementFactory.getRuntimeMXBean();
        System.out.println("Java 虛擬機的運行時系統(tǒng)(RuntimeMXBean):");
        System.out.println("jvm vendor:" + rtMxBean.getVmVendor());
        System.out.println("jvm name:" + rtMxBean.getVmName());
        System.out.println("jvm version:" + rtMxBean.getVmVersion());
        System.out.println("jvm bootClassPath:" + rtMxBean.getBootClassPath());
        System.out.println("jvm start time:" + rtMxBean.getStartTime());
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虛擬機的內(nèi)存系統(tǒng)
     */
    public static void showMemoryInfo() {
        MemoryMXBean memoryMxBean = ManagementFactory.getMemoryMXBean();
        MemoryUsage heap = memoryMxBean.getHeapMemoryUsage();
        System.out.println("Java 虛擬機的內(nèi)存系統(tǒng)(MemoryMXBean):");
        System.out.println("Heap " + heap.toString());
        System.out.println(
                "Heap" +
                        " init:" + heap.getInit() + byte2Mb(heap.getInit()) +
                        " used:" + byte2Mb(heap.getUsed()) +
                        " committed:" + byte2Mb(heap.getCommitted()) +
                        " max:" + byte2Mb(heap.getMax()));
        System.out.println("\n");
    }

    private static String byte2Mb(long source) {
        return "(" + source / 1024 / 1024 + "mb)";
    }

    /**
     * Java 虛擬機在其上運行的操作系統(tǒng)
     */
    public static void showSystem() {
        OperatingSystemMXBean operatingSystemMxBean = ManagementFactory.getOperatingSystemMXBean();
        System.out.println("Java 虛擬機在其上運行的操作系統(tǒng)(OperatingSystemMXBean):");
        System.out.println("Architecture(操作系統(tǒng)架構(gòu)): " + operatingSystemMxBean.getArch());
        System.out.println("Processors(Java虛擬機可用的處理器數(shù)): " + operatingSystemMxBean.getAvailableProcessors());
        System.out.println("System name(操作系統(tǒng)名稱): " + operatingSystemMxBean.getName());
        System.out.println("System version(操作系統(tǒng)版本): " + operatingSystemMxBean.getVersion());
        System.out.println("Last minute load(最后一分鐘的系統(tǒng)負載平均值): " + operatingSystemMxBean.getSystemLoadAverage());
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虛擬機的類加載系統(tǒng)
     */
    public static void showClassLoading() {
        ClassLoadingMXBean classLoadingMxBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
        System.out.println("Java 虛擬機的類加載系統(tǒng)(ClassLoadingMXBean):");
        System.out.println("TotalLoadedClassCount(加載的類總數(shù)): " + classLoadingMxBean.getTotalLoadedClassCount());
        System.out.println("LoadedClassCount(當前加載的類的數(shù)量)" + classLoadingMxBean.getLoadedClassCount());
        System.out.println("UnloadedClassCount(卸載類的總數(shù)):" + classLoadingMxBean.getUnloadedClassCount());
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虛擬機的編譯系統(tǒng)
     */
    public static void showCompilation() {
        CompilationMXBean compilationMxBean = ManagementFactory.getCompilationMXBean();
        System.out.println("Java 虛擬機的編譯系統(tǒng)(CompilationMXBean):");
        System.out.println("TotalCompilationTime(編譯時間（毫秒）):" + compilationMxBean.getTotalCompilationTime());
        System.out.println("name(JIT編譯器的名稱):" + compilationMxBean.getName());
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虛擬機的線程系統(tǒng)
     */
    public static void showThread() {
        ThreadMXBean threadMxBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        System.out.println("Java 虛擬機的線程系統(tǒng)(ThreadMXBean):");
        System.out.println("ThreadCount(當前活動線程數(shù))" + threadMxBean.getThreadCount());
        System.out.println("PeakThreadCount(峰值實時線程計數(shù))" + threadMxBean.getPeakThreadCount());
        System.out.println("TotalStartedThreadCount(啟動的線程總數(shù))" + threadMxBean.getTotalStartedThreadCount());
        System.out.println("DaemonThreadCount(當前活動后臺進程線程數(shù))" + threadMxBean.getDaemonThreadCount());
        System.out.println("isSynchronizerUsageSupported(虛擬機是否支持監(jiān)視可下載同步器的使用情況)" + threadMxBean.isSynchronizerUsageSupported());
        System.out.println("AllThreadIds(所有活動線程ID):" + JSON.toJSONString(threadMxBean.getAllThreadIds()));
        System.out.println("CurrentThreadUserTime(當前線程在用戶模式下執(zhí)行的CPU時間（以納秒為單位）)" + threadMxBean.getCurrentThreadUserTime());
        for (ThreadInfo threadInfo : threadMxBean.getThreadInfo(threadMxBean.getAllThreadIds(), 1)) {
            System.out.print(threadInfo.getThreadId() + threadInfo.toString());
        }
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虛擬機中的垃圾回收器。
     */
    public static void showGarbageCollector() {
        List<GarbageCollectorMXBean> collectorMxBeans = ManagementFactory.getGarbageCollectorMXBeans();
        System.out.println("Java 虛擬機中的垃圾回收器(GarbageCollectorMXBean):");
        for (GarbageCollectorMXBean collectorMxBean : collectorMxBeans) {
            System.out.println("name(垃圾收集器名稱):" + collectorMxBean.getName());
            System.out.println("--CollectionCount:" + collectorMxBean.getCollectionCount());
            System.out.println("--CollectionTime" + collectorMxBean.getCollectionTime());
            System.out.println("\n");
        }
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虛擬機中的內(nèi)存管理器
     */
    public static void showMemoryManager() {
        List<MemoryManagerMXBean> memoryManagerMxBeans = ManagementFactory.getMemoryManagerMXBeans();
        System.out.println("Java 虛擬機中的內(nèi)存管理器(MemoryManagerMXBean):");
        for (MemoryManagerMXBean managerMxBean : memoryManagerMxBeans) {
            System.out.println("name(內(nèi)存管理器名稱):" + managerMxBean.getName());
            System.out.println("--MemoryPoolNames:" + String.join(",", managerMxBean.getMemoryPoolNames()));
            System.out.println("\n");
        }
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虛擬機中的內(nèi)存池
     */
    public static void showMemoryPool() {
        List<MemoryPoolMXBean> memoryPoolMxBeans = ManagementFactory.getMemoryPoolMXBeans();
        System.out.println("Java 虛擬機中的內(nèi)存池(MemoryPoolMXBean):");
        for (MemoryPoolMXBean memoryPoolMxBean : memoryPoolMxBeans) {
            System.out.println("name:" + memoryPoolMxBean.getName());
            System.out.println("--CollectionUsage:" + memoryPoolMxBean.getCollectionUsage());
            System.out.println("--type:" + memoryPoolMxBean.getType());
            System.out.println("\n");
        }
        System.out.println("\n");
    }
}

輸出：

Java 虛擬機的運行時系統(tǒng)(RuntimeMXBean):
jvm vendor:Oracle Corporation
jvm name:Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM
jvm version:25.221-b11
jvm bootClassPath:F:\opt\Java\jdk8\jre\lib\resources.jar;F:\opt\Java\jdk8\jre\lib\rt.jar;F:\opt\Java\jdk8\jre\lib\sunrsasign.jar;F:\opt\Java\jdk8\jre\lib\jsse.jar;F:\opt\Java\jdk8\jre\lib\jce.jar;F:\opt\Java\jdk8\jre\lib\charsets.jar;F:\opt\Java\jdk8\jre\lib\jfr.jar;F:\opt\Java\jdk8\jre\classes
jvm start time:1673181328952

Java 虛擬機的內(nèi)存系統(tǒng)(MemoryMXBean):
Heap init = 268435456(262144K) used = 4028824(3934K) committed = 257425408(251392K) max = 3791650816(3702784K)
Heap init:268435456(256mb) used:(3mb) committed:(245mb) max:(3616mb)

Java 虛擬機在其上運行的操作系統(tǒng)(OperatingSystemMXBean):
Architecture(操作系統(tǒng)架構(gòu)): amd64
Processors(Java虛擬機可用的處理器數(shù)): 8
System name(操作系統(tǒng)名稱): Windows 10
System version(操作系統(tǒng)版本): 10.0
Last minute load(最后一分鐘的系統(tǒng)負載平均值): -1.0

Java 虛擬機的類加載系統(tǒng)(ClassLoadingMXBean):
TotalLoadedClassCount(加載的類總數(shù)): 507
LoadedClassCount(當前加載的類的數(shù)量)507
UnloadedClassCount(卸載類的總數(shù)):0

Java 虛擬機的編譯系統(tǒng)(CompilationMXBean):
TotalCompilationTime(編譯時間（毫秒）):8
name(JIT編譯器的名稱):HotSpot 64-Bit Tiered Compilers

Java 虛擬機的線程系統(tǒng)(ThreadMXBean):
ThreadCount(當前活動線程數(shù))5
PeakThreadCount(峰值實時線程計數(shù))5
TotalStartedThreadCount(啟動的線程總數(shù))5
DaemonThreadCount(當前活動后臺進程線程數(shù))4
isSynchronizerUsageSupported(虛擬機是否支持監(jiān)視可下載同步器的使用情況)true
AllThreadIds(所有活動線程ID):[5,4,3,2,1]
CurrentThreadUserTime(當前線程在用戶模式下執(zhí)行的CPU時間（以納秒為單位）)234375000
5"Attach Listener" Id=5 RUNNABLE

4"Signal Dispatcher" Id=4 RUNNABLE

3"Finalizer" Id=3 WAITING on java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock@17c68925
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	-  waiting on java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock@17c68925

2"Reference Handler" Id=2 WAITING on java.lang.ref.Reference$Lock@7e0ea639
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	-  waiting on java.lang.ref.Reference$Lock@7e0ea639

1"main" Id=1 RUNNABLE
	at sun.management.ThreadImpl.getThreadInfo1(Native Method)

Java 虛擬機中的垃圾回收器(GarbageCollectorMXBean):
name(垃圾收集器名稱):PS Scavenge
--CollectionCount:0
--CollectionTime0

name(垃圾收集器名稱):PS MarkSweep
--CollectionCount:0
--CollectionTime0

Java 虛擬機中的內(nèi)存管理器(MemoryManagerMXBean):
name(內(nèi)存管理器名稱):CodeCacheManager
--MemoryPoolNames:Code Cache

name(內(nèi)存管理器名稱):Metaspace Manager
--MemoryPoolNames:Metaspace,Compressed Class Space

name(內(nèi)存管理器名稱):PS Scavenge
--MemoryPoolNames:PS Eden Space,PS Survivor Space

name(內(nèi)存管理器名稱):PS MarkSweep
--MemoryPoolNames:PS Eden Space,PS Survivor Space,PS Old Gen

Java 虛擬機中的內(nèi)存池(MemoryPoolMXBean):
name:Code Cache
--CollectionUsage:null
--type:Non-heap memory

name:Metaspace
--CollectionUsage:null
--type:Non-heap memory

name:Compressed Class Space
--CollectionUsage:null
--type:Non-heap memory

name:PS Eden Space
--CollectionUsage:init = 67108864(65536K) used = 0(0K) committed = 0(0K) max = 1399848960(1367040K)
--type:Heap memory

name:PS Survivor Space
--CollectionUsage:init = 11010048(10752K) used = 0(0K) committed = 0(0K) max = 11010048(10752K)
--type:Heap memory

name:PS Old Gen
--CollectionUsage:init = 179306496(175104K) used = 0(0K) committed = 0(0K) max = 2843738112(2777088K)
--type:Heap memory

Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:12687', transport: 'socket'

Process finished with exit code 0

Java監(jiān)控和管理工具

JMX 技術(shù)中提到 JMX 不僅提供了監(jiān)控和管理的 API ，還提供了用于網(wǎng)絡(luò)遠程管理的服務(wù)，可以使用 JMX 相關(guān)監(jiān)控管理工具，通過網(wǎng)絡(luò)遠程連接到正在運行 Java 虛擬機，監(jiān)控其運行狀態(tài)。

JMC（Java Mission Control）

Java Mission Control使您能夠監(jiān)視和管理Java應(yīng)用程序，而不會引入通常與這些類型的工具相關(guān)聯(lián)的性能開銷。

它使用為Java虛擬機（JVM）的常規(guī)自適應(yīng)動態(tài)優(yōu)化收集的數(shù)據(jù)。

除了最小化性能開銷之外，這種方法還消除了觀察器效應(yīng)的問題，當監(jiān)視工具改變系統(tǒng)的執(zhí)行特性時會發(fā)生這種問題。

Java Mission Control由客戶端應(yīng)用程序（JMC客戶端）和在其上運行的許多插件組成：

JVM Browser顯示正在運行的Java應(yīng)用程序及其JVM。每個JVM實例都稱為JVM連接。
JMX Console連接到正在運行的JVM，實時收集和顯示其特征，并允許您通過Managed Beans（MBean）更改某些運行時屬性。您還可以創(chuàng)建觸發(fā)某些事件的規(guī)則（例如，如果應(yīng)用程序的CPU使用率達到90％，則發(fā)送電子郵件）。
Java Flight Recorder（JFR）收集并保存詳細的性能特征，以進行歷史分析和分析。它可以用作獨立的性能監(jiān)視和分析工具，但是當用作JMC客戶端的插件時，它會在邏輯分組的表，圖表和撥號中顯示診斷信息。它使您可以選擇專注于問題所需的時間范圍和詳細程度。
Java Mission Control插件使用Java Management Extensions（JMX）代理連接到JVM。

啟動JMC

雙擊JAvA_HOME\bin\jmc.exe 文件啟動JMC

連接遠程程序添加配置：

 -Dcom.sun.management.jmxremote.port=7001
 -Dcom.sun.management.jmxremote 
 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false 
 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Djava.rmi.server.hostname=your ip

JMC功能介紹

MBean瀏覽器中查看類屬性信息：

內(nèi)存欄目查看GC、各個內(nèi)存區(qū)域使用情況：

線程狀態(tài)、死鎖、堆棧信息：

診斷命令，查詢vm信息等：

JFR（Java Flight Recorder）

黑匣子是用于記錄飛機飛行和性能參數(shù)的儀器。在飛機出問題后，用于定位問題原因。JFR 就是 Java 的黑匣子。

JFR 是 Java Flight Record （Java飛行記錄）的縮寫，是 JVM 內(nèi)置的基于事件的JDK監(jiān)控記錄框架。

這個起名就是參考了黑匣子對于飛機的作用，將Java進程比喻成飛機飛行。

顧名思義，這個記錄主要用于問題定位和持續(xù)監(jiān)控。

如果是利用默認配置啟動這個記錄，性能非常高效，對于業(yè)務(wù)影響很小，因為這個框架本來就是用來長期在線上部署的框架。

這個記錄可以輸出成二進制文件，用戶可以指定最大記錄時間，或者最大記錄大小，供用戶在需要的時候輸出成文件進行事后分析。

JFR在Java應(yīng)用運行時收集對應(yīng)發(fā)生的事件，主要有三種類型的事件提供給JFR收集：

即時事件：一旦事件發(fā)生會立即進行數(shù)據(jù)記錄
持續(xù)事件：如果持續(xù)時間超過指定閾值則進行數(shù)據(jù)記錄
簡單事件：用于記錄應(yīng)用所在系統(tǒng)的活躍指標（例如CPU，內(nèi)存等）

開啟JFR記錄

通過啟動參數(shù)配置并且啟用 JFR，也可以通過啟動參數(shù)在 JVM 進程啟動的時候就啟動 JFR，或者是利用 jcmd 工具，動態(tài)啟用或者關(guān)閉 JFR。

JDK 8中的-XX:+FlightRecorder

java -XX:StartFlightRecording=disk=true,dumponexit=true,filename=recording.jfr,maxsize=1024m,maxage=1d,settings=profile,path-to-gc-roots=true test.Main

JConsole

Jconsole （Java Monitoring and Management Console），一種基于JMX的可視化監(jiān)視、管理工具。

JConsole 基本包括以下基本功能：概述、內(nèi)存、線程、類、VM概要、MBean。

概述

內(nèi)存

線程

可以看到線程列表、線程狀態(tài)、線程名稱、線程堆棧等信息。

類

可以看到已加裝當前類、已加載類總數(shù)、已卸載類總數(shù)。

VM

MXBean

JVisualVM

VisualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）;功能最強大的運行監(jiān)視和故障處理程序。

功能描述：

顯示虛擬機進程以及進程的配置、環(huán)境信息（jps、jinfo）。
監(jiān)視應(yīng)用程序的CPU、GC、堆、方法區(qū)(1.7及以前)，元空間（JDK1.8及以后）以及線程的信息（jstat、jstack）。
dump以及分析堆轉(zhuǎn)儲快照（jmap、jhat）。
方法級的程序運行性能分析，找出被調(diào)用最多、運行時間最長的方法。
離線程序快照：收集程序的運行時配置、線程dump、內(nèi)存dump等信息建立一個快照。