Java-性能分析&监控工具_java性能分析工具

Java监控和管理

Java监控和管理API

Java Standard Edition（Java SE）平台提供的监控和管理技术 - JMX（Java Management Extensions） 技术。

Java SE 中包含了用于监控和管理的（java.lang.management）API，通过这些 API 可以实现应用程序的自我监控，此 API 主要提供了以下信息的访问：

• 类加载相关。
• JVM 相关，例如运行时间、系统环境变量、用户输入参数。
• 线程相关，例如线程状态，线程的统计信息、线程的堆栈等。
• 内存使用情况。
• GC 情况。
• 死锁检测。
• 操作系统信息。
  Java 8的java.lang.management模块：
  

Java虚拟机的监控

上面说到 Java SE 中已经内置了开箱即用的监控和管理功能，通过这些功能可以实现程序的自我监测，Java 默认已经实现了对 Java 虚拟机相关信息的监测。

下面通过一个简单的示例，演示如何通过监控管理 API 获取系统信息、编译器信息、内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 虚拟机的运行时系统
     */
    public static void showJvmInfo() {
        RuntimeMXBean rtMxBean = ManagementFactory.getRuntimeMXBean();
        System.out.println("Java 虚拟机的运行时系统(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 虚拟机的内存系统
     */
    public static void showMemoryInfo() {
        MemoryMXBean memoryMxBean = ManagementFactory.getMemoryMXBean();
        MemoryUsage heap = memoryMxBean.getHeapMemoryUsage();
        System.out.println("Java 虚拟机的内存系统(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 虚拟机在其上运行的操作系统
     */
    public static void showSystem() {
        OperatingSystemMXBean operatingSystemMxBean = ManagementFactory.getOperatingSystemMXBean();
        System.out.println("Java 虚拟机在其上运行的操作系统(OperatingSystemMXBean):");
        System.out.println("Architecture(操作系统架构): " + operatingSystemMxBean.getArch());
        System.out.println("Processors(Java虚拟机可用的处理器数): " + operatingSystemMxBean.getAvailableProcessors());
        System.out.println("System name(操作系统名称): " + operatingSystemMxBean.getName());
        System.out.println("System version(操作系统版本): " + operatingSystemMxBean.getVersion());
        System.out.println("Last minute load(最后一分钟的系统负载平均值): " + operatingSystemMxBean.getSystemLoadAverage());
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虚拟机的类加载系统
     */
    public static void showClassLoading() {
        ClassLoadingMXBean classLoadingMxBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
        System.out.println("Java 虚拟机的类加载系统(ClassLoadingMXBean):");
        System.out.println("TotalLoadedClassCount(加载的类总数): " + classLoadingMxBean.getTotalLoadedClassCount());
        System.out.println("LoadedClassCount(当前加载的类的数量)" + classLoadingMxBean.getLoadedClassCount());
        System.out.println("UnloadedClassCount(卸载类的总数):" + classLoadingMxBean.getUnloadedClassCount());
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虚拟机的编译系统
     */
    public static void showCompilation() {
        CompilationMXBean compilationMxBean = ManagementFactory.getCompilationMXBean();
        System.out.println("Java 虚拟机的编译系统(CompilationMXBean):");
        System.out.println("TotalCompilationTime(编译时间（毫秒）):" + compilationMxBean.getTotalCompilationTime());
        System.out.println("name(JIT编译器的名称):" + compilationMxBean.getName());
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虚拟机的线程系统
     */
    public static void showThread() {
        ThreadMXBean threadMxBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        System.out.println("Java 虚拟机的线程系统(ThreadMXBean):");
        System.out.println("ThreadCount(当前活动线程数)" + threadMxBean.getThreadCount());
        System.out.println("PeakThreadCount(峰值实时线程计数)" + threadMxBean.getPeakThreadCount());
        System.out.println("TotalStartedThreadCount(启动的线程总数)" + threadMxBean.getTotalStartedThreadCount());
        System.out.println("DaemonThreadCount(当前活动后台进程线程数)" + threadMxBean.getDaemonThreadCount());
        System.out.println("isSynchronizerUsageSupported(虚拟机是否支持监视可下载同步器的使用情况)" + threadMxBean.isSynchronizerUsageSupported());
        System.out.println("AllThreadIds(所有活动线程ID):" + JSON.toJSONString(threadMxBean.getAllThreadIds()));
        System.out.println("CurrentThreadUserTime(当前线程在用户模式下执行的CPU时间（以纳秒为单位）)" + threadMxBean.getCurrentThreadUserTime());
        for (ThreadInfo threadInfo : threadMxBean.getThreadInfo(threadMxBean.getAllThreadIds(), 1)) {
            System.out.print(threadInfo.getThreadId() + threadInfo.toString());
        }
        System.out.println("\n");
    }

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

    /**
     * Java 虚拟机中的内存管理器
     */
    public static void showMemoryManager() {
        List<MemoryManagerMXBean> memoryManagerMxBeans = ManagementFactory.getMemoryManagerMXBeans();
        System.out.println("Java 虚拟机中的内存管理器(MemoryManagerMXBean):");
        for (MemoryManagerMXBean managerMxBean : memoryManagerMxBeans) {
            System.out.println("name(内存管理器名称):" + managerMxBean.getName());
            System.out.println("--MemoryPoolNames:" + String.join(",", managerMxBean.getMemoryPoolNames()));
            System.out.println("\n");
        }
        System.out.println("\n");
    }

    /**
     * Java 虚拟机中的内存池
     */
    public static void showMemoryPool() {
        List<MemoryPoolMXBean> memoryPoolMxBeans = ManagementFactory.getMemoryPoolMXBeans();
        System.out.println("Java 虚拟机中的内存池(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");
    }
}
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输出：

Java 虚拟机的运行时系统(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 虚拟机的内存系统(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 虚拟机在其上运行的操作系统(OperatingSystemMXBean):
Architecture(操作系统架构): amd64
Processors(Java虚拟机可用的处理器数): 8
System name(操作系统名称): Windows 10
System version(操作系统版本): 10.0
Last minute load(最后一分钟的系统负载平均值): -1.0

Java 虚拟机的类加载系统(ClassLoadingMXBean):
TotalLoadedClassCount(加载的类总数): 507
LoadedClassCount(当前加载的类的数量)507
UnloadedClassCount(卸载类的总数):0

Java 虚拟机的编译系统(CompilationMXBean):
TotalCompilationTime(编译时间（毫秒）):8
name(JIT编译器的名称):HotSpot 64-Bit Tiered Compilers

Java 虚拟机的线程系统(ThreadMXBean):
ThreadCount(当前活动线程数)5
PeakThreadCount(峰值实时线程计数)5
TotalStartedThreadCount(启动的线程总数)5
DaemonThreadCount(当前活动后台进程线程数)4
isSynchronizerUsageSupported(虚拟机是否支持监视可下载同步器的使用情况)true
AllThreadIds(所有活动线程ID):[5,4,3,2,1]
CurrentThreadUserTime(当前线程在用户模式下执行的CPU时间（以纳秒为单位）)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 虚拟机中的垃圾回收器(GarbageCollectorMXBean):
name(垃圾收集器名称):PS Scavenge
--CollectionCount:0
--CollectionTime0

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

Java 虚拟机中的内存管理器(MemoryManagerMXBean):
name(内存管理器名称):CodeCacheManager
--MemoryPoolNames:Code Cache

name(内存管理器名称):Metaspace Manager
--MemoryPoolNames:Metaspace,Compressed Class Space

name(内存管理器名称):PS Scavenge
--MemoryPoolNames:PS Eden Space,PS Survivor Space

name(内存管理器名称):PS MarkSweep
--MemoryPoolNames:PS Eden Space,PS Survivor Space,PS Old Gen

Java 虚拟机中的内存池(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
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Java监控和管理工具

JMX 技术中提到 JMX 不仅提供了监控和管理的 API ，还提供了用于网络远程管理的服务，可以使用 JMX 相关监控管理工具，通过网络远程连接到正在运行 Java 虚拟机，监控其运行状态。

JMC（Java Mission Control）

Java Mission Control使您能够监视和管理Java应用程序，而不会引入通常与这些类型的工具相关联的性能开销。

它使用为Java虚拟机（JVM）的常规自适应动态优化收集的数据。除了最小化性能开销之外，这种方法还消除了观察器效应的问题，当监视工具改变系统的执行特性时会发生这种问题。

Java Mission Control由客户端应用程序（JMC客户端）和在其上运行的许多插件组成：

• JVM Browser显示正在运行的Java应用程序及其JVM。每个JVM实例都称为JVM连接。

• JMX Console连接到正在运行的JVM，实时收集和显示其特征，并允许您通过Managed Beans（MBean）更改某些运行时属性。您还可以创建触发某些事件的规则（例如，如果应用程序的CPU使用率达到90％，则发送电子邮件）。

• Java Flight Recorder（JFR）收集并保存详细的性能特征，以进行历史分析和分析。它可以用作独立的性能监视和分析工具，但是当用作JMC客户端的插件时，它会在逻辑分组的表，图表和拨号中显示诊断信息。它使您可以选择专注于问题所需的时间范围和详细程度。

• Java Mission Control插件使用Java Management Extensions（JMX）代理连接到JVM。

启动JMC

双击JAVA_HOME\bin\jmc.exe 文件启动JMC

连接远程程序添加配置：

 -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
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JMC功能介绍

MBean浏览器中查看类属性信息：

内存栏目查看GC、各个内存区域使用情况：

线程状态、死锁、堆栈信息：

诊断命令，查询vm信息等：

JFR（Java Flight Recorder）

黑匣子是用于记录飞机飞行和性能参数的仪器。在飞机出问题后，用于定位问题原因。JFR 就是 Java 的黑匣子。

JFR 是 Java Flight Record （Java飞行记录） 的缩写，是 JVM 内置的基于事件的JDK监控记录框架。这个起名就是参考了黑匣子对于飞机的作用，将Java进程比喻成飞机飞行。顾名思义，这个记录主要用于问题定位和持续监控。

如果是利用默认配置启动这个记录，性能非常高效，对于业务影响很小，因为这个框架本来就是用来长期在线上部署的框架。这个记录可以输出成二进制文件，用户可以指定最大记录时间，或者最大记录大小，供用户在需要的时候输出成文件进行事后分析。

JFR在Java应用运行时收集对应发生的事件，主要有三种类型的事件提供给JFR收集：

• 即时事件：一旦事件发生会立即进行数据记录
• 持续事件：如果持续时间超过指定阈值则进行数据记录
• 简单事件：用于记录应用所在系统的活跃指标（例如CPU，内存等）

开启JFR记录

通过启动参数配置并且启用 JFR，也可以通过启动参数在 JVM 进程启动的时候就启动 JFR，或者是利用 jcmd 工具，动态启用或者关闭 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

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感兴趣可以看看：
https://juejin.cn/post/6959405798556434440
https://zhuanlan.zhihu.com/p/87850586

JConsole

Jconsole （Java Monitoring and Management Console），一种基于JMX的可视化监视、管理工具。

JConsole 基本包括以下基本功能：概述、内存、线程、类、VM概要、MBean。

概述

内存

线程

可以看到线程列表、线程状态、线程名称、线程堆栈等信息。

类

可以看到 已加装当前类、已加载类总数、已卸载类总数。

VM

MXBean

JVisualVM

VisualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）;功能最强大的运行监视和故障处理程序。

功能描述：

• 显示虚拟机进程以及进程的配置、环境信息（jps、jinfo）。
• 监视应用程序的CPU、GC、堆、方法区(1.7及以前)，元空间（JDK1.8及以后）以及线程的信息（jstat、jstack）。
• dump以及分析堆转储快照（jmap、jhat）。
• 方法级的程序运行性能分析，找出被调用最多、运行时间最长的方法。
• 离线程序快照：收集程序的运行时配置、线程dump、内存dump等信息建立一个快照

Java Management Extensions（JMX）