使用JDK自带工具进行JVM内存分析之旅

进行jvm内存分析可以排查存在和潜在的问题。

通过借助jdk自带的常用工具，可以分析大概可能的问题定位以及确定优化方向。

JVM内存分析有很多好处。

内存泄漏排查：JVM 内存泄漏是指应用程序中的对象占用的内存无法被垃圾回收器释放，导致内存占用持续增长，最终耗尽可用内存。通过内存分析工具，可以检测到哪些对象占用了大量内存且无法被释放，进而定位到可能存在内存泄漏的代码。
内存优化：合理优化 JVM 内存配置可以提高应用程序的性能和稳定性。通过分析应用程序的内存使用情况，可以调整堆内存大小、永久代（如果是旧版 Java）大小、新生代与老年代比例等参数，以减少垃圾回收频率，降低内存占用。
性能调优：内存分析也有助于发现内存中的瓶颈，如频繁的 Full GC（全局垃圾回收）导致的停顿时间过长。通过调整垃圾回收器类型、GC 算法、堆内存大小等参数，可以改善应用程序的性能表现。
异常分析：当应用程序出现内存相关的异常，如 OutOfMemoryError（内存溢出错误）时，通过分析内存使用情况可以找到导致异常的根本原因，例如某个模块或对象占用了过多内存。
容量规划：对于大型应用程序或者需要长时间运行的系统，进行内存分析可以帮助进行容量规划，确保系统具有足够的内存资源支持应用程序的正常运行。

本文将通过一次jvm内存分析过程来说明jps、jcmd、jstat、jstack 和 jmap 工具的使用方法。

本文使用到的是JDK17版本。

一次jvm内存分析之旅

当需要进行 JVM 内存分析时，结合使用 jps、jcmd、jstat、jstack 和 jmap 可以提供全面的诊断信息。

下面是一般的步骤：

使用 jps 查看 Java 进程的 PID：

bash 复制代码

jps -l

这将列出所有 Java 进程的 PID 和主类名。

使用 jcmd 执行一些诊断命令：

bash 复制代码

jcmd <PID> VM.flags
jcmd <PID> VM.system_properties

这些命令可以显示 JVM 的启动参数和系统属性，帮助了解 JVM 的配置。

使用 jstat 监视 JVM 内存和垃圾回收情况：

bash 复制代码

jstat -gc <PID> 5000 10

这将持续输出 JVM 的垃圾回收情况，包括各个堆区的使用情况、GC 时间等。

使用 jstack 生成线程堆栈信息：

bash 复制代码

jstack <PID>

查看线程堆栈信息，以检查是否存在死锁或其他线程相关的问题。

使用 jmap 生成堆转储文件：

bash 复制代码

jmap -dump:file=heapdump.hprof <PID>

这将生成一个名为 heapdump.hprof 的堆转储文件，可以用于进一步分析内存使用情况，查找内存泄漏等问题。

分析堆转储文件：

使用工具如 Eclipse Memory Analyzer (MAT) 或者 VisualVM 来分析生成的堆转储文件，查找内存泄漏、大对象、无用对象等问题。

通过结合使用这些工具，可以全面地了解 JVM 运行时的状态，诊断性能问题，以及解决内存相关的错误。

下面将详细解释这些工具的使用方法。

jps

jps 是 JDK 提供的一个用于列出 Java 虚拟机进程的命令行工具。它通常用于查看当前系统中正在运行的 Java 进程的 PID（进程标识符）以及对应的主类名。

下面是 jps 命令的使用方法：

或者使用ps -ef|grep java 也可以搜索到对应的pid。

bash 复制代码

jps [ options ] [ hostid ]

其中，options 是一些可选的参数，hostid 是可选的主机标识符。常用的选项包括：

-q：仅显示进程的 PID，不显示对应的主类名。
-m：显示传递给主类的参数。
-l：显示主类的全限定名，通常用于区分具体的 Java 应用程序。
-v：显示传递给 JVM 的参数。

例如，要显示当前系统中所有 Java 进程的 PID 和对应的主类名，可以直接运行 jps 命令：

bash 复制代码

jps

如果要仅显示 PID，可以使用 -q 选项：

bash 复制代码

jps -q

要显示主类的全限定名，可以使用 -l 选项：

bash 复制代码

jps -l

如果要显示传递给主类的参数，可以使用 -m 选项：

bash 复制代码

jps -m

如果要显示传递给 JVM 的参数，可以使用 -v 选项：

bash 复制代码

jps -v

jcmd

jcmd ：jcmd 命令是 Java 8 新增的命令，可以执行多种 JVM 监控和诊断任务。例如，可以使用 jcmd <pid> VM.flags 查看 JVM 启动参数，或者使用 jcmd <pid> Thread.print 打印线程堆栈信息。

下面是 jcmd 命令的基本使用方法：

bash 复制代码

jcmd <PID | main class> <command> [options]

其中：

<PID | main class>：要操作的 Java 进程的 PID（进程标识符）或者主类名。如果提供了 PID，则直接操作对应的 Java 进程；如果提供了主类名，则 jcmd 会尝试找到匹配的 Java 进程并执行相应的命令。
<command>：要执行的诊断命令。
[options]：可选的命令参数。

常用的 jcmd 命令包括：

help : 显示 jcmd 支持的命令列表，以及每个命令的简要描述。
VM.version: 显示 JVM 的版本信息。
VM.flags: 显示 JVM 的启动参数。
VM.system_properties: 显示 JVM 的系统属性。
Thread.print: 打印 Java 进程中所有线程的堆栈信息。
GC.run: 执行一次垃圾回收。
GC.heap_dump: 生成 Java 堆转储文件（heap dump）。

举例来说，如果要打印指定 Java 进程的线程堆栈信息，可以使用以下命令：

bash 复制代码

jcmd <PID> Thread.print

如果要执行一次垃圾回收，可以使用以下命令：

bash 复制代码

jcmd <PID> GC.run

如果要生成 Java 堆转储文件，可以使用以下命令：

bash 复制代码

jcmd <PID> GC.heap_dump <filename>

jstat

jstat ：jstat 命令可以监视 JVM 内存、垃圾回收等情况。例如，可以使用 jstat -gc <pid> 查看垃圾回收统计信息，或者使用 jstat -gcutil <pid> 查看垃圾回收统计信息及内存使用情况。

下面是 jstat 的基本使用方法：

bash 复制代码

jstat [ options ] <PID> [ interval [ count ] ]

其中：

[ options ]：可选的命令选项，用于指定要监视的数据类型和格式。
<PID>：要监视的 Java 进程的 PID（进程标识符）。
[ interval ]：可选参数，指定输出统计信息的时间间隔（以毫秒为单位）。如果省略，则默认为每秒一次。
[ count ]：可选参数，指定输出统计信息的次数。如果省略，则默认为无限次输出。

常用的 jstat 命令选项包括：

-class: 显示类加载、卸载信息以及类加载器的状态。
-gc: 显示垃圾回收相关的信息，包括各个代的使用情况、GC 时间等。
-compiler: 显示即时编译器（JIT）的编译统计信息。
-gccapacity: 显示各个堆区的容量及使用情况。
-gcutil: 显示各个堆区的使用情况，以百分比表示。
-gccause: 显示导致最近一次 GC 的原因。
-printcompilation: 打印方法的即时编译（JIT）信息。

举例来说，要查看 Java 进程的类加载情况，可以使用以下命令：

bash 复制代码

jstat -class <PID>

如果想要每隔 5 秒输出一次类加载信息，共输出 10 次，可以使用以下命令：

bash 复制代码

jstat -class <PID> 5000 10

jstat只能查看当前的gc信息，查看gc日志更适合线上环境的做法是在启动JVM时加上-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:/path/to/gc.log（JDK1.8以下）或者-Xlog:gc*:file=/path/to/gc.log（JDK9+）参数，将生成的gc日志文件放到GCViewer、GCeasy（需注册）进行分析。

jstack

jstack ：jstack 命令用于生成 Java 线程转储快照，可以用于分析线程状态、死锁等问题。例如，可以使用 jstack <pid> 打印线程堆栈信息，或者使用 jstack -l <pid> 打印线程堆栈信息及锁信息。

下面是 jstack 命令的基本使用方法：

bash 复制代码

jstack [ options ] <PID>

其中：

[ options ]：可选的命令选项，用于指定输出的格式等。
<PID>：要生成线程堆栈信息的 Java 进程的 PID（进程标识符）。

常用的 jstack 命令选项包括：

-l: 长列表格式，显示关于锁的附加信息，如拥有者和等待队列。
-F: 当正常输出的 jstack 命令不起作用时，强制生成线程堆栈信息。这在 Java 进程没有响应时可能会很有用，但可能会导致进程暂停一段时间。
-m: 显示 Java 和本地方法的堆栈跟踪，而不仅仅是 Java 堆栈跟踪。
-h: 显示帮助信息。

举例来说，要生成指定 Java 进程的线程堆栈信息，可以使用以下命令：

bash 复制代码

jstack <PID>

如果想要输出长列表格式的线程堆栈信息，可以使用 -l 选项：

bash 复制代码

jstack -l <PID>

如果 Java 进程没有响应，可以使用 -F 选项强制生成线程堆栈信息：

bash 复制代码

jstack -F <PID>

jmap

异常没有发生定位异常代码，需要通过jmap生成dump文件。

然后将其导入到 MAT 中进行分析。以下是生成堆转储文件的步骤：

确定 Java 进程 ID ：首先，需要确定正在运行的 Java 进程的进程 ID（PID）。可以使用 jps 命令查看正在运行的 Java 进程及其 PID。
生成堆转储文件 ：使用 jmap 命令生成堆转储文件。命令格式如下：

shell 复制代码

jmap -dump:file=<文件路径> <PID>

例如，要生成名为 heapdump.hprof 的堆转储文件，可以执行以下命令：

shell 复制代码

jmap -dump:file=heapdump.hprof <PID>

这将在当前工作目录下生成一个名为 heapdump.hprof 的堆转储文件。

导入堆转储文件到 MAT ：将生成的堆转储文件导入到 MAT 中进行分析。打开 MAT，然后选择 File -> Open Heap Dump，然后选择生成的堆转储文件。
执行内存分析：一旦堆转储文件被导入到 MAT 中，就可以执行内存分析，按照前面提到的步骤来查找内存问题。

通过这些步骤可以手动生成堆转储文件并使用 MAT 进行分析，即使没有在 OutOfMemoryError 发生时自动生成堆转储文件也可以找到问题所在。

更适合线上环境的做法是在启动JVM时加上-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=heapdump.hprof参数，这样当发生OutOfMemoryError时，JVM会自动生成堆转储文件。

关于作者

来自一线全栈程序员nine的探索与实践，持续迭代中。