java应用监测(3)-这些命令行工具你掌握了吗

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一句话概括：原来jdk自带的命令行工具如此好用，本文将详细介绍。

1 引言

监测java应用，最方便的就是直接使用jdk提供的现成工具，在jdk的安装的bin目录下，已经提供了多种命令行监测工具，以便于开发人员和运维人员监测java应用和诊断问题，因此，此类工具是java应用监测的重要手段。也是作为java开发人员需要掌握的基本技能。

2 常用监测命令行工具

一般来说，常用的命令行工具包括 jps , jinfo , jmap , jstack , jstat ，这些工具都在 JAVA_HOME/bin/ 目录下，概要说明如下：

• jps 查看java进程ID

• jinfo 查看及调整虚拟机参数

• jmap 查看堆(heap)使用情况及生成堆快照

• jstack 查看线程运行状态及生成线程快照

• jstat 显示进程中的类装载、内存、垃圾收集等运行数据。

通过这些工具，基本上可以了解java应用的内存变化状态，线程运行状态等信息，进而为应用监测及问题诊断提供依据。下面将结合实例对这些工具的使用进行详细讲解，文中所使用的示例代码 java-monitor-example 已上传到我的github，地址： https://github.com/mianshenglee 。

3 进程查询工具jps

3.1 jps说明

要监测java应用，第一步就是先知道这个应用是哪个进程，它的运行参数是什么。 jps 就是可以查询进程的工具。熟悉linux的同学，大概都知道查询进程使用 ps-ef|grep java 这样的命令，jps也类似，但它不使用名称查找，而是查找全部当前jdk运行的java进程，而且只查找当前用户的Java进程，而不是当前系统中的所有进程。

3.2 jps使用

作为命令行工具，可以通过 -help 参数查看帮助，也可查阅官方文档： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jps.html ，如下：

示例工程 java-monitor-example 在linux机器中运行起来，使用 jps 可输出以下信息：

• 只输出进程ID

• 输出程序完整名称及JVM参数

输出的内容中， java-monitor-example-0.0.1-SNAPSHOT.jar 是 -l 输出的完整名称， -Xms128m-Xmx128m-Dserver.port=8083 是传给JVM的参数。

• 在shell脚本中使用命令获取java进程ID并作为变量使用

上述脚本，比较适合运维人员对应用的开启和关闭，自动获取java进程ID，然后根据ID判断程序是否运行(start)，或者关闭应用( kill-9 )。

4 配置信息工具jinfo

4.1 jinfo说明

知道java应用所属的进程号是第一步，在上一篇文章《java应用监测(2)-java命令的秘密》中，已经知道java的启动参数有很多，监测java应用前需要了解清楚它的启动参数是什么。这时就需要用到 jinfo 工具。 jinfo 可以输出JAVA应用的系统参数和JVM参数。jinfo还能够修改一部分运行期间能够调整的虚拟机参数，很多运行参数是不能调整的，如果出现"cannot be changed"异常，说明不能调整。不过官方文档指出，这个命令在后续的版本中可能不再使用，当前JDK8还是可以用的。

4.2 jinfo使用

通过 -help 参数查看帮助，也可查阅 jinfo 官方文档说明： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jinfo.html ，如下：

使用 jps 获取到应用的进程ID后(示例的PID为13680)，如果直接 jps<pid> 则会输出全部的系统参数和JVM参数，其它参数说明在 help 中也说得很清楚了。下面还是结合示例代码 java-monitor-example 来实践一下：

• 获取java应用的堆初始值

• 查看全部的JVM参数

可见，由于我们启动时设置了 -Xms 和 -Xmx ，它们对应的就是 -XX:InitialHeapSize 及 -XX:MaxHeapSize 值。另外，参数 -Dserver.port 属于系统参数，使用 jinfo-sysprops13680 就可以查看系统参数了。

5 堆内存查看工具jmap

5.1 jmap说明

java应用启动后，它在JVM中运行，内存是需要重点监测的地方， jmap 就是这样的一个工具，它可以获取运行中的jvm的堆的快照，包括整体情况，堆占用情况的直方图，dump出快照文件以便于离线分析等。官方文档指出，这个命令在后续的版本中可能不再使用，当前JDK8还是可以用的。

5.2 jmap使用

通过 -help 参数查看帮助，也可查阅 jmap 官方文档说明： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jmap.html ，帮助说明如下：

如上所示， jmap 参数常用的是 -heap , -histo 和 -dump ，结合示例 java-monitor-example ，说明如下：

• 打印jvm内存整体使用情况

从以上信息，可以看出JVM中堆内存当前的使用情况，包括年轻代（ Eden 区， From 区， To 区）和年老代。

• 查看类名，对象数量，对象占用大小直方图

如上所示，使用 -histo 输出包括序号，实例数，占用字节数和类名称。具体说明如下：

1. instances列：表示当前类有多少个实例。

2. bytes列：说明当前类的实例总共占用了多少个字节

3. class name列：表示的就是当前类的名称，class name 解读：

4. B代表byte

5. C代表char

6. D代表double

7. F代表float

8. I代表int

9. J代表long

10. Z代表boolean

11. [代表数组，如[I相当于int[]

12. 对象用[L+类名表示

• 把内存情况dump内存到本地文件

如上所示，会把堆情况写入到当前目录的 heap.hprof 文件中，至于如何分析此文件，可以使用 jhat ，但一般实际开发中，很少使用jhat来直接对内存dump文件进行分析，因此不再对它进行讲述。更多的是使用工具 MAT ，以可视化的方式来查看，后续文章将会对 MAT 工具的使用进行详细讲解。

6 线程栈查询工具jstack

6.1 jstack说明

此命令打印指定Java应用的线程堆栈，对于每个Java帧，将打印完整的类名，方法名，字节代码索引（BCI）和行号，可以用于检测死锁，线程停顿，进程耗用cpu过高报警问题等排查。

6.2 jstack使用

使用 -help 参数查看帮助，也可查阅 jstack 官方文档说明： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jstack.html ，帮助说明如下：

结合示例 java-monitor-example ，可以打印线程信息（一般都会把打印的内容写入到文件然后再分析），如下：

• 打印当前线程堆栈信息

6.3 线程dump分析

6.3.1 线程状态

java线程栈使用 jstack dump出来后，可以看到线程的状态，线程状态一共分6种，可以参考官方文档： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/troubleshoot/tooldescr034.html ，下面是它的状态说明：

• NEW

线程已经new出来创建了，但是还没有启动(not yet started), jstack 不会打印这个状态的线程信息。

• RUNNABLE

正在Java虚拟机下跑任务的线程的状态，但其实它是只是表示线程是可运行的（ready）。对于单核的CPU，多个线程在同一时刻，只能运行一个线程，其它的则需要等CPU的调度。

• BLOCKED

线程处于阻塞状态，正在等待一个锁，多个线程共用一个锁，当某线程正在使用这个锁进入某个synchronized同步方法块或者方法，而此线程需要进入这个同步代码块，也需要这个锁，则导致本线程处于阻塞状态。

• WAITING

等待状态，处于等待状态的线程是由于执行了3个方法中的任意方法。1. Object.wait 方法，并且没有使用timeout参数; 2. Thread.join 方法，没有使用timeout参数 3. LockSupport.park 方法。处于waiting状态的线程会等待另外一个线程处理特殊的行为。一个线程处于等待状态(wait，通常是在等待其他线程完成某个操作（notify或者notifyAll）。注意， Object.wait() 方法只能够在同步代码块中调用。调用了 wait() 方法后，会释放锁。

• TIMED_WAITING

线程等待指定的时间，对于以下方法的调用，可能会导致线程处于这个状态：1. Thread.sleep方法 2. Object.wait 方法，带有时间 3. Thread.join 方法，带有时间 4. LockSupport.parkNanos 方法，带有时间 5. LockSupport.parkUntil 方法，带有时间。注意， Thread.sleep 方法调用后，它不会释放锁，仍然占用系统资源。

• TERMINATED

线程中止的状态，这个线程已经完整地执行了它的任务。

从下面这张图可以看出线程状态的变化情况:

6.3.2 分析jstack后线程栈内容

从前面使用 jstack dump出来信息，我们需要知道以下几个信息：

• "http-nio-8083-Acceptor-0"#39 ：是线程的名字，因此，一般我们创建线程时需要设置自己可以辩识的名字。

• daemon 表示线程是否是守护线程

• prio 表示我们为线程设置的优先级

• os_prio 表示的对应的操作系统线程的优先级，由于并不是所有的操作系统都支持线程优先级，所以可能会出现都置为0的情况

• tid 线程的id

• nid 线程对应的操作系统本地线程id，每一个java线程都有一个对应的操作系统线程，它是16进制的，因此一般在操作系统中获取到线程ID后，需要转为16进制，来对应上。

• java.lang.Thread.State:RUNNABLE 运行状态，上面已经介绍了线程的状态，若是WAITING状态，则括号中的内容说明了导致等待的原因，如parking说明是因为调用了LockSupport.park方法导致等待。通常的堆栈信息中，都会有lock标记，如  -locked<0x00000000f8c85380>(a java.lang.Object) 表示正在占用这个锁。

• 对于线程停顿，CPU占用等问题，可以重点看一下  wait 状态的线程

• 对于死锁，在Dump出来的线程栈快照可以直接报告出Java级别的死锁。

7 JVM统计数据工具jstat

7.1 jstat说明

jstat 即 JVMStatisticsMonitoringTool ，即JVM统计监测工具，包括监测类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据，在没有图形的服务器上，它是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。

7.2 jstat使用

使用 -help 参数查看帮助，也可查阅 jstat 官方文档说明： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jstat.html ，帮助说明如下：

以上所示， vmid 、 interval 、 count 分别是进程号，打印间隔时间（s或ms），打印次数，其中 option 参数主要是以下（也可以使用命令 jstat-option 查看）：

• -class 统计class loader行为信息 ，如总共加载了多少个类

• -compile 统计HotSpot Just-in-Time编译器的行为

• -gc 统计jdk gc时heap信息

• -gccapacity 统计不同的generations相应的heap容量情况

• -gccause 统计gc的情况，（同-gcutil）和引起gc的事件

• -gcnew 统计gc时，新生代的情况

• -gcnewcapacity 统计gc时，新生代heap容量

• -gcold 统计gc时，老年区的情况

• -gcoldcapacity 统计gc时，老年区heap容量

• -gcpermcapacity 统计gc时，permanent区heap容量

• -gcutil 统计gc时，heap情况

• -printcompilation hotspot编译方法统计

一般我们使用 -class ， -gc ， -gccause 和 -gcutil 比较多，主要用于来分析类和堆使用情况及gc情况。

7.3 监测JVM的GC情况

以上述的示例工程 java-monitor-example 为例，里面包含了一个函数来测试内存溢出（使用一个数组，循环创建对象，直到内存溢出）。使用 jstat-gc136801000 即每秒监测一次，调用 /monitor/user/oom 接口后，即看到堆和GC变化情况。为方便查看，我把输出放到sublime中显示，如下所示：

日志输出OOM报错：

以上输出的内容，每列的说明如下：

• S0C 当前年轻代中第一个survivor（s0）的总容量 (KB).

• S1C 当前年轻代中第一个survivor（s1）的总容量 (KB).

• S0U s0已使用的容量 (KB).

• S1U s1已使用的容量 (KB).

• EC 当前年轻代中eden区总容量 (KB).

• EU eden区已经使用的容量 (KB).

• OC 年老代的容量总容量 (KB).

• OU 年老代已使用容量(KB).

• MC 当前 Metaspace总容量(KB).

• MU 当前 Metaspace已使用容量 (KB).

• CCSC Compressed class容量大小

• CCSU Compressed class已使用容量

• YGC 从应用启动时到现在，年轻代young generation 发生GC Events的总次数.

• YGCT 从应用启动时到现在， 年轻代Young generation 垃圾回收的总耗时.

• FGC 从应用启动时到现在， full GC事件总次数.

• FGCT 从应用启动时到现在， Full sc总耗时.GCT 从应用启动时到现在， 垃圾回收总时间. -  GCT GCT=YGCT+FGCT

从以上输出第6行可以看出， EC 和 EU ， OC 和 OU 表示年轻代、年老代的内存都已经用完(与容量数值相等)，发生OOM。这时，则需要采取措施，增大内存（-Xmx参数）或者找到导致OOM的代码进行修改。

8 总结

针对java应用的监测，本文对jdk提供自身提供的命令行工具进行了说明和使用的介绍，完整的描述了查看java应用进程，查看启动参数，查看内存情况，查看线程情况，查看内存统计情况等，主要是 jps ， jinfo ， jmap ， jstack ， jstat 5个工具，并结合实例，希望学习java开发人员都能掌握这些技术，在监测java应用时，可以从容面对如OOM，CPU高，线程停顿等问题。

参考资料

• JDK工具参考文档： https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/

• 示例代码  java-monitor-example ：  https://github.com/mianshenglee/my-example/tree/master/java-monitor-example

• Java开发必须掌握的线上问题排查命令： https://www.hollischuang.com/archives/1561

• Java自带的性能监测工具： http://www.tianshouzhi.com/api/tutorials/jvm/346

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