1 概述
在之前的文章，我们了解了Java内存布局、内存模型、对象模型和垃圾回收的知识。在实际生产中，绝大多数Java开发者都不会参与到JVM的开发中，那我们为什么要理解JVM呢？因为我们要排查、解决生产中出现的问题，在理解了理论知识的基础上，使用一些辅助的工具，才能更快、更准的定位问题，并且更好的解决问题。所以，接下来我们一起讨论一下一些常见的性能监控和分析工具。
2 JDK自带的工具
JDK自带了很多优秀，使用简单的工具，例如Jps，Jconsole，Jstat，Jstack等，都能在JDK目录下的bin目录找到，windows下的是.exe可执行文件，在unix系系统下的是.sh脚本文件，可以直接用vim打开。
笔者使用的windows操作系统，下面的相关工具的使用都是在windows下进行的，可能和unix系统有些许差异。
2.1 Jps
Jps即Java Process Status Tool的简称，从名称可以看到，应该是类似进程管理器的东西，实际上差不多，但是从功能上来看，还不足以称做“管理器”，因为Jps没有提供关闭，杀死进程等功能，仅仅提供了查看Java虚拟机进程的功能。
Jps的命令格式如下所示：
usage: jps [-help]
jps [-q] [-mlvV] [<hostid>]
Definitions:
<hostid>: <hostname>[:<port>]
试着执行一下：
10320 sun.tools.jps.Jps
8756 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
11288
2572 org/netbeans/Main
最前面的是虚拟机进程号，这个比较重要，因为后面的各种工具要连接的时候都需要知道虚拟机进程号，所以一般Jps除了查看当前有哪些进程之外，还有一个目的就是获取进程号，通过-l参数列出主类，可以知道该进程是由哪个主类（含有main的类）启动的。
上图是options的可选项，大家试试就知道了，比较简单，就不再赘述了。
2.2 Jstat
Jstat是用于监视虚拟机各种状态信息的命令行工具，包括类加载，GC，内存等信息，没有提供GUI界面。其格式如下所示：
invalid argument count
Usage: jstat -help|-options
jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]
Definitions:
<option> An option reported by the -options option
<vmid> Virtual Machine Identifier. A vmid takes the following form:
<lvmid>[@<hostname>[:<port>]]
Where <lvmid> is the local vm identifier for the target
Java virtual machine, typically a process id; <hostname> is
the name of the host running the target Java virtual machine;
and <port> is the port number for the rmiregistry on the
target host. See the jvmstat documentation for a more complete
description of the Virtual Machine Identifier.
<lines> Number of samples between header lines.
<interval> Sampling interval. The following forms are allowed:
<n>["ms"|"s"]
Where <n> is an integer and the suffix specifies the units as
milliseconds("ms") or seconds("s"). The default units are "ms".
<count> Number of samples to take before terminating.
-J<flag> Pass <flag> directly to the runtime system.
在使用之前，我们得先用Jps获取虚拟机进程ID，我在本机上启动了一个Java进程，用Jps获取的进程ID是14220。接下来执行jstat命令：
> jstat -gcutil 14220
S0 S1 E O M CCS YGC YGCT FGC FGCT GCT
0.00 0.00 0.00 1.04 71.42 74.38 2 0.046 1 0.002 0.048
其中S0和S1是Survivor区，E是Eden，O是Old，M是MetaSpace（Java8之后有的元空间，就是以前的方法区），CCS压缩类空间，YGC是新生代GC的次数，YGCT是新生代GC消耗的时间，FGC是Full GC的次数，FGCT是Full GC消耗的时间，GCT是GC消耗的总时间（FGCT + YGCT）。
其他主要的选项如下图所示：
2.3 Jinfo
Jinfo的作用是实时的查看和修改虚拟机的各项参数。其格式如下所示：
Usage:
jinfo [option] <pid>
(to connect to running process)
jinfo [option] <executable <core>
(to connect to a core file)
jinfo [option] [server_id@]<remote server IP or hostname>
(to connect to remote debug server)
where <option> is one of:
-flag <name> to print the value of the named VM flag
-flag [+|-]<name> to enable or disable the named VM flag
-flag <name>=<value> to set the named VM flag to the given value
-flags to print VM flags
-sysprops to print Java system properties
<no option> to print both of the above
-h | -help to print this help message
主要就是-flag参数，下面是一个使用示例：
> jinfo -flag CMSInitiantingOccupancyFraction 14220
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=-1
2.4 Jmap
Jmap用于生成堆转储快照，即dump文件，除了获取dump文件，Jmap还可以查看堆，垃圾收集器等信息。其格式如下所示：
Usage:
jmap [option] <pid>
(to connect to running process)
jmap [option] <executable <core>
(to connect to a core file)
jmap [option] [server_id@]<remote server IP or hostname>
(to connect to remote debug server)
where <option> is one of:
<none> to print same info as Solaris pmap
-heap to print java heap summary
-histo[:live] to print histogram of java object heap; if the "live"
suboption is specified, only count live objects
-clstats to print class loader statistics
-finalizerinfo to print information on objects awaiting finalization
-dump:<dump-options> to dump java heap in hprof binary format
dump-options:
live dump only live objects; if not specified,
all objects in the heap are dumped.
format=b binary format
file=<file> dump heap to <file>
Example: jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin <pid>
-F force. Use with -dump:<dump-options> <pid> or -histo
to force a heap dump or histogram when <pid> does not
respond. The "live" suboption is not supported
in this mode.
-h | -help to print this help message
-J<flag> to pass <flag> directly to the runtime system
执行如下命令：
> jmap -heap 14220
Mark Sweep Compact GC
Heap Configuration:
MinHeapFreeRatio = 40
MaxHeapFreeRatio = 70
MaxHeapSize = 104857600 (100.0MB)
NewSize = 34930688 (33.3125MB)
MaxNewSize = 34930688 (33.3125MB)
OldSize = 69926912 (66.6875MB)
NewRatio = 2
SurvivorRatio = 8
MetaspaceSize = 21807104 (20.796875MB)
CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
MaxMetaspaceSize = 17592186044415 MB
G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB)
Heap Usage:
New Generation (Eden + 1 Survivor Space):
capacity = 31457280 (30.0MB)
used = 0 (0.0MB)
free = 31457280 (30.0MB)
0.0% used
Eden Space:
capacity = 27983872 (26.6875MB)
used = 0 (0.0MB)
free = 27983872 (26.6875MB)
0.0% used
From Space:
capacity = 3473408 (3.3125MB)
used = 0 (0.0MB)
free = 3473408 (3.3125MB)
0.0% used
To Space:
capacity = 3473408 (3.3125MB)
used = 0 (0.0MB)
free = 3473408 (3.3125MB)
0.0% used
tenured generation:
capacity = 69926912 (66.6875MB)
used = 725560 (0.6919479370117188MB)
free = 69201352 (65.99555206298828MB)
1.03759765625% used
1764 interned Strings occupying 157712 bytes.
第一行就显示了使用哪种垃圾收集器，在我这里是Mark Sweep Compact，即CMS。其他信息包含了堆的新生代，老年代的空间大小，使用量等。下图是其他的一些主要参数：
2.5 Jhat
Jhat用来配合Jmap使用的，用于分析Jmap生成的堆快照。命令格式如下所示：
Usage: jhat [-stack <bool>] [-refs <bool>] [-port <port>] [-baseline <file>] [-debug <int>] [-version] [-h|-help] <file>
-J<flag> Pass <flag> directly to the runtime system. For
example, -J-mx512m to use a maximum heap size of 512MB
-stack false: Turn off tracking object allocation call stack.
-refs false: Turn off tracking of references to objects
-port <port>: Set the port for the HTTP server. Defaults to 7000
-exclude <file>: Specify a file that lists data members that should
be excluded from the reachableFrom query.
-baseline <file>: Specify a baseline object dump. Objects in
both heap dumps with the same ID and same class will
be marked as not being "new".
-debug <int>: Set debug level.
0: No debug output
1: Debug hprof file parsing
2: Debug hprof file parsing, no server
-version Report version number
-h|-help Print this help and exit
<file> The file to read
For a dump file that contains multiple heap dumps,
you may specify which dump in the file
by appending "#<number>" to the file name, i.e. "foo.hprof#3".
All boolean options default to "true"
这个是提供GUI界面的，不过一般不会用在生产环境，一个原因分析dump文件时一件非常消耗资源的事，如果在生产环境上做了可能会导致一些资源方面的问题，另一个原因是Jhat分析的内容比较简陋，有用信息比较少。
在使用之前，我们得先使用Jmap生成一份dump文件，如下所示：
> jmap -dump:format=b,file=test.bin 14220
Dumping heap to C:\Users\72419\Desktop\test.bin ...
Heap dump file created
然后使用jhat读入该文件，并分析：
> jhat test.bin
Reading from test.bin...
Dump file created Mon Sep 24 14:50:11 CST 2018
Snapshot read, resolving...
Resolving 10303 objects...
Chasing references, expect 2 dots..
Eliminating duplicate references..
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.
从日志可以看到，Jhat启动了一个HTTP服务，在7000端口监听，启动浏览器，输入http://localhost:7000/ 即可进入GUI界面。如下所示：
点击进去慢慢探索吧。
2.6 Jstack
Jstack用于生成虚拟机当前时刻的线程快照，生成该快照的目的是为了定位线程问题，例如死锁，活锁，死循环或者请求外部资源导致的长时间等待等，通过分析快照的堆栈信息，就可以快速定位代码中的哪个类，哪个方法，甚至哪行出现了问题。下面是我写的一个死锁程序，启动之后，我们通过Jstack来查看线程快照，然后定位问题：
public class DeadLockTest {
static class DeadLock extends Thread {
private final String lockA;
private final String lockB;
public DeadLock(String lockA, String lockB) {
this.lockA = lockA;
this.lockB = lockB;
}
@Override
public void run() {
synchronized (lockA) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock " + lockA);
try {
Thread.sleep(500); //停顿一下，让另一个线程运行
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (lockB) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock " + lockB);
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
String lockA = "lockA";
String lockB = "lockB";
Thread thread1 = new DeadLock(lockA, lockB);
Thread thread2 = new DeadLock(lockB, lockA);
thread1.start();
thread2.start();
}
}
简单解释一下程序，启动两个线程，这两个线程都要获取A和B两把锁，但是获取的顺序不同。这样就导致了线程1获取了A锁，等待B锁，但是B锁已经被线程2获取了，并且线程2也在等待A锁，最终导致他们都无法获取到锁，也就无法继续执行，导致了死锁。
使用Jstack来生成快照尝试分析：
> jstack -l 12432
......
"Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x00000000195bd000 nid=0x5e90 waiting for monitor entry [0x000000001a20f000]
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at top.yeonon.ch10.DeadLockTest$DeadLock.run(DeadLockTest.java:29)
- waiting to lock <0x00000000d5fc0588> (a java.lang.String)
- locked <0x00000000d5fc05c0> (a java.lang.String)
Locked ownable synchronizers:
- None
"Thread-0" #11 prio=5 os_prio=0 tid=0x00000000195ba000 nid=0x5ed4 waiting for monitor entry [0x000000001a10f000]
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at top.yeonon.ch10.DeadLockTest$DeadLock.run(DeadLockTest.java:29)
- waiting to lock <0x00000000d5fc05c0> (a java.lang.String)
- locked <0x00000000d5fc0588> (a java.lang.String)
Locked ownable synchronizers:
- None
......
Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
waiting to lock monitor 0x000000000357ccf8 (object 0x00000000d5fc0588, a java.lang.String),
which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
waiting to lock monitor 0x000000000357b858 (object 0x00000000d5fc05c0, a java.lang.String),
which is held by "Thread-1"
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
at top.yeonon.ch10.DeadLockTest$DeadLock.run(DeadLockTest.java:29)
- waiting to lock <0x00000000d5fc0588> (a java.lang.String)
- locked <0x00000000d5fc05c0> (a java.lang.String)
"Thread-0":
at top.yeonon.ch10.DeadLockTest$DeadLock.run(DeadLockTest.java:29)
- waiting to lock <0x00000000d5fc05c0> (a java.lang.String)
- locked <0x00000000d5fc0588> (a java.lang.String)
Found 1 deadlock.
信息比较多，而且我已经省略了一些，主要看Found one Java-level deadlock后面的内容吧，这说明Jstack发现了一个死锁，并且将死锁相关的线程堆栈信息打印出来了，从上面可以看到“Thread-1”线程拿到了<0x00000000d5fc05c0>锁，正在等待 <0x00000000d5fc0588>锁，“Thread-0”拿着<0x00000000d5fc0588>锁，正在等待 <0x00000000d5fc05c0>，显然就是死锁了，同时看堆栈可以看到问题发生在DeadLockTest.java:29，即该类的29行出现问题（虽然这个值不一定完全对应源码位置，但基本相差不大，也算是有用的信息），接下来就是到源码相应的位置去分析代码了。
Jstack的其他主要参数选项如下所示：
2.7 Jconsole
Jconsole是一个可视化工具，命令行输入jconsole，打开之后就看到GUI界面了，界面大致如下所示：
每个标签的意义也比较明显，可以试着自己玩玩，比较简单，不再赘述。
我之前有一篇文章中简单提到过一些Jconsole的使用，可以去看看。理解Java内存泄露
3 第三方工具
3.1 VisualVM
VisualVM是一款非常强大的性能监控和分析工具，集合了多项功能，包括导出dump文件，分析dump文件，监控线程状态，监控虚拟机各项状态指标等，还提供了诸多丰富的插件给用户使用。
使用之前得先去官网下载，下载安装、简单使用就不多说了，网上有很多文章介绍，本文只讨论一个插件：BTrace。
Btrace是一个很有趣的插件，他可以在运行时插入一些调试代码，利用这个插件我们就可以实现不停止程序就能进行简单调试的功能。先写一些代码用来测试：
public class BTraceTest {
public int add(int a, int b) {
return a + b;
}
public static void main(String[] args) {
BTraceTest bTraceTest = new BTraceTest();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
scanner.nextLine();
int a = (int) Math.round(Math.random() * 1000);
int b = (int) Math.round(Math.random() * 1000);
System.out.println(bTraceTest.add(a, b));
}
}
}
就是加分运算而已，使用Scanner是为了慢慢的看日志变化，感受BTrace的功能。启动程序之后，到VisualVM的侧边栏看看Local选项，点击后选中刚刚运行的程序，如下所示：
右键点击，选中Trace application，之后可以在右边看到一个编译器，可以在里面编写Java代码，这些代码就是用于跟踪调试源代码的，如下图所示：
加入如下代码：
/* BTrace Script Template */
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;
@BTrace
public class TracingScript {
/* put your code here */
@OnMethod(clazz="top.yeonon.ch10.BTraceTest", method="add", location=@Location(Kind.RETURN))
public static void func(@Self top.yeonon.ch10.BTraceTest instance, int a, int b, @Return int result) {
println("调用堆栈：");
jstack();
println(strcat("方法参数A：",str(a)));
println(strcat("方法参数B：",str(b)));
println(strcat("返回值result：",str(result)));
}
}
然后点击上方的start按钮，启动BTrace，等看到下方控制台中出现Done字样的时候，我们就到IDE里随便输入字符（多输入几次），然后再回到VisualVM控制台中看看结果，大致内容如下：
这就完成了一次代码动态调试，是不是感觉很屌。BTrace还有很多其他功能，详细可以到网上去搜索。
4 小结
对虚拟机进行监控，调优以及出现问题的时候定位问题，解决问题是我们学习Java虚拟机的目的，在掌握了虚拟机相关的知识理论之后再利用辅助工具，才能更好的发现问题，解决问题。本文介绍了诸多工具，每种工具都有优点和不足，了解这些工具的特性，多多尝试使用，才能更好的掌握它们。
5 参考资料
《深入理解Java虚拟机》
