摘要：原文鏈接這是專(zhuān)家系列文章的第二篇。運(yùn)行在本地虛擬機(jī)上的應(yīng)用的又稱(chēng)為，通常與相同。性能數(shù)據(jù)需要持續(xù)觀察，因此在運(yùn)行時(shí)需要定時(shí)輸出的監(jiān)控信息。新生代容量的統(tǒng)計(jì)信息。是提供的一個(gè)式的圖表監(jiān)控工具。

原文鏈接：http://www.cubrid.org/blog/dev-platform/how-to-monitor-java-garbage-collection/

這是GC專(zhuān)家系列文章的第二篇。在第一篇理解Java垃圾回收中我們學(xué)習(xí)了幾種不同的GC算法的處理過(guò)程，GC的工作方式，新生代與老年代的區(qū)別。到目前為止，你應(yīng)該已經(jīng)了解了JDK 7中的5種GC類(lèi)型，以及每種GC對(duì)性能的影響。

在本篇中，我將介紹JVM在真實(shí)環(huán)境中如何運(yùn)行GC的。

GC監(jiān)控 指的是在運(yùn)行時(shí)跟蹤JVM運(yùn)行GC的過(guò)程。例如，通過(guò)GC監(jiān)控，我們能找出：

何時(shí)新生代的對(duì)象會(huì)被移動(dòng)到老年代，有多少對(duì)象被移到了老年代。

何時(shí)stop-the-world發(fā)生以及持續(xù)時(shí)間。

通過(guò)GC監(jiān)控，能發(fā)現(xiàn)JVM是否在有效的運(yùn)行GC以及是否需要額外的GC調(diào)優(yōu)。基于這些信息，我們可以通過(guò)優(yōu)化應(yīng)用或者改變GC運(yùn)行方式(GC調(diào)優(yōu))，從而提高應(yīng)用性能。

GC監(jiān)控的方式很多，區(qū)別在于GC操作信息的展示會(huì)有所不同。GC是由JVM觸發(fā)，因?yàn)镚C監(jiān)控工具展示的信息都是由JVM提供，所以不管使用哪種方式做GC監(jiān)控，最終獲取的信息都是一致的。因此，沒(méi)有必要深入學(xué)習(xí)每種GC監(jiān)控工具，只需要花些時(shí)間學(xué)習(xí)每種工具的使用方法，能夠在不同的場(chǎng)合選擇合適的工具即可。

因?yàn)镴VM規(guī)范沒(méi)有要求暴露GC信息的標(biāo)準(zhǔn)方法，所以下面列出的工具或JVM選項(xiàng)并不能適用于所有不同的JVM實(shí)現(xiàn)。在下面的介紹中都是基于Hotspot JVM(Oracle JVM)進(jìn)行。因?yàn)?em>NHN使用的是Oracle(Sun) JVM，所以在使用以下工具或JVM選項(xiàng)時(shí)并不會(huì)太困難。

首先，GC監(jiān)控工具根據(jù)訪問(wèn)接口和方式不同分為CUI和GUI。經(jīng)典的CUI 工具可以使用一個(gè)多帶帶的CUI應(yīng)用jstat，也可以在運(yùn)行JVM時(shí)通過(guò)提供"-verbosegc"選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

GUI GC監(jiān)控工具通過(guò)多帶帶的GUI應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，后面會(huì)介紹三個(gè)常用的GUI GC工具：jconsole, jvisualvm和Visual GC。

下面開(kāi)始學(xué)習(xí)每一種GC監(jiān)控方法：

jstat是Hotspot JVM內(nèi)置的監(jiān)控工具。Hotspot JVM還內(nèi)置了其他監(jiān)控工具如jps和jstatd。有時(shí)候需要這三種工具一起來(lái)監(jiān)控Java應(yīng)用的運(yùn)行。

jstat 不只提供GC操作的相關(guān)信息，也還提供類(lèi)加載和即時(shí)編譯器相關(guān)的操作信息。盡管如此，本文我們只會(huì)涉及jstat提供的GC操作相關(guān)的功能。

jstat 位于$JDK_HOME/bin目錄，如果java或javac命令能夠正常運(yùn)行，jstat命令也應(yīng)該能夠運(yùn)行。

你可以在命令行中嘗試一下：

$> jstat –gc  $ 1000

S0C       S1C       S0U    S1U      EC         EU          OC         OU         PC         PU         YGC     YGCT    FGC      FGCT     GCT
3008.0   3072.0    0.0     1511.1   343360.0   46383.0     699072.0   283690.2   75392.0    41064.3    2540    18.454    4      1.133    19.588
3008.0   3072.0    0.0     1511.1   343360.0   47530.9     699072.0   283690.2   75392.0    41064.3    2540    18.454    4      1.133    19.588
3008.0   3072.0    0.0     1511.1   343360.0   47793.0     699072.0   283690.2   75392.0    41064.3    2540    18.454    4      1.133    19.588

$>

如上所示，真實(shí)的內(nèi)存各部分?jǐn)?shù)據(jù)情況按以下各列順序列出：

SOC        S1C        S0U        S1U        EC        EU        OU        PC

vmid(虛擬機(jī)id: Virtual Machine ID)，見(jiàn)名示意，表示VM的ID。運(yùn)行在本地或遠(yuǎn)程的虛擬機(jī)都可以通過(guò)vmid指定。運(yùn)行在本地虛擬機(jī)上的Java應(yīng)用的vmid又稱(chēng)為lvmid(Local vmid)，通常與PID相同。雖然可以通過(guò)ps命令或Windows的任務(wù)管理器查看PID的值從而得到lvmid，但更推薦使用jps，因?yàn)镻ID和lvmid之間并不總是一一對(duì)應(yīng)。jps表示Java PS。正如ps命令可以看到PIDs和進(jìn)程名，通過(guò)jps可以看到vmids和main方法信息。

通過(guò)jps找到你要監(jiān)控的Java應(yīng)用的vmid，然后作為jstat的參數(shù)即可。如果多個(gè)WAS實(shí)例運(yùn)行在同一設(shè)備上時(shí)，如果只使用jps命令只能找到引導(dǎo)程序的信息。這時(shí)候就要ps -ef | grep java命令和jps命令一起使用。

GC性能數(shù)據(jù)需要持續(xù)觀察，因此在運(yùn)行jstat時(shí)需要定時(shí)輸出GC的監(jiān)控信息。

舉例來(lái)說(shuō)：運(yùn)行jstat -gc 1000(or 1s)將會(huì)每隔1s在控制臺(tái)上輸出一次GC數(shù)據(jù)。jstat -gc 1000 10將會(huì)每隔1s輸出一次GC數(shù)據(jù)，總共輸出10次。

與GC相關(guān)的選項(xiàng)除了-gc，還有其他一些，如下表所示：

如果只關(guān)心GC頻率，通常使用-gcutil(或者 -gccause), -gc, -gccapacity即可。

-gcutil 用于檢測(cè)各區(qū)上的使用量，GC執(zhí)行次數(shù)以及累積耗時(shí)，

-gccapacity 和其他的幾個(gè)選項(xiàng)可用于輸出實(shí)際已分配的內(nèi)存大小。

使用-gc選項(xiàng)的輸出如下：

S0C         S1C    …    GCT
1248.0     896.0    …    1.246
1248.0      896.0    …    1.246
…         …        …    …

給jstat指定不同的選項(xiàng)會(huì)列出不同的列，如下列所示。表格右側(cè)列出了會(huì)輸出此信息的jstat選項(xiàng)。

表格中容量數(shù)量單位為：KB

jstat的優(yōu)點(diǎn)在于不管是本地還是遠(yuǎn)程Java應(yīng)用，你都可以通過(guò)jstat命令查看GC操作相關(guān)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)控制臺(tái)輸出這些信息。在使用-gcutil選項(xiàng)時(shí)，會(huì)輸出如下字段的信息。在做GC調(diào)優(yōu)時(shí)，尤其要關(guān)注YGC, YGCT, FGC, FGCT和GCT的數(shù)據(jù)變化。

S0      S1       E        O        P        YGC    YGCT     FGC    FGCT     GCT
0.00    66.44    54.12    10.58    86.63    217    0.928     2     0.067    0.995
0.00    66.44    54.12    10.58    86.63    217    0.928     2     0.067    0.995
0.00    66.44    54.12    10.58    86.63    217    0.928     2     0.067    0.995

這些信息非常重要，它統(tǒng)計(jì)了GC運(yùn)行時(shí)的耗時(shí)情況，能反映出GC的性能指標(biāo)。

在上例中，YGC是217次, YGCT為0.928，平均下來(lái)每次young GC耗時(shí)4ms(0.004 s)。同樣可算出full GC的平均耗時(shí)為33ms。

然而平均值對(duì)發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的GC問(wèn)題并沒(méi)有太大的幫助，因?yàn)槊看蜧C耗時(shí)通常會(huì)有巨大的偏差(也就是說(shuō)，如果full GC的平均值為0.067s，可能意味著其中一次GC耗時(shí)1ms，而另外一次持續(xù)134ms)。為了能觀察每次GC的獨(dú)立耗時(shí)而非平均值，更好的方式是使用-verbosegc。

-verbosegc 是運(yùn)行Java應(yīng)用時(shí)的一個(gè)JVM選項(xiàng)。jstat可以監(jiān)控任何JVM應(yīng)用而無(wú)需指定啟動(dòng)參數(shù)，-verbosegc去要在開(kāi)啟應(yīng)用時(shí)就指定好，所以看起來(lái)-verbosegc并不是一個(gè)必要的選項(xiàng)(因?yàn)榭梢允褂胘stat完成相同工作)。然而當(dāng)GC發(fā)生時(shí)-verbosegc的輸出信息更容易理解，這對(duì)于監(jiān)控?zé)╇s的GC信息卻大于益處。

在使用-verbosegc時(shí)還可同時(shí)指定以下附加選項(xiàng)：

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-XX:+PrintHeapAtGC

-XX:+PrintGCDateStamps(JDK6U4引入的選項(xiàng))

如果只是指定了-verbosegc選項(xiàng)，則默認(rèn)會(huì)同時(shí)指定-XX:+PrintGCDetails。另外，-verbosegc的附加選項(xiàng)都可以組合使用。

使用-verbosegc后，當(dāng)有minor GC發(fā)生時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)格式如下：

[GC [:  -> ,  secs]  -> ,  secs]

下面是一個(gè)Full GC輸出的例子：

[Full GC [Tenured: 3485K->4095K(4096K), 0.1745373 secs] 61244K->7418K(63104K), [Perm : 10756K->10756K(12288K)], 0.1762129 secs] [Times: user=0.19 sys=0.00, real=0.19 secs]

如果使用了[CMS回收算法]()，CMS相關(guān)信息也會(huì)緊接著提供出來(lái)。

因?yàn)?strong>-verbosegc選項(xiàng)可以把每次GC發(fā)生時(shí)的信息都以log方式輸出，所以很容易觀察GC操作關(guān)后heap使用率的變化情況。

Java Virsual VM是Oracle JDK提供的一個(gè)GUI式的圖表/監(jiān)控工具。

圖1：VirsualVM 界面

與內(nèi)置在JDK中的版本不同，你可以在網(wǎng)站上多帶帶下載Virsual VM。方便起見(jiàn)，JDK內(nèi)置的版本稱(chēng)為Java VirsualVM(jvisualvm)，從網(wǎng)站上多帶帶下載的稱(chēng)為Virsual VM(visualvm)。二者之間的特性并不完全一致，在一些方面(例如安裝插件等)會(huì)有細(xì)微的差別。就我個(gè)人而言，更偏向于使用多帶帶下載的Virsual VM。

啟動(dòng)Visual VM后，如果你左側(cè)面板上選擇了希望監(jiān)控的應(yīng)用，就會(huì)看到"Monitoring"一欄。從Monitoring欄中可以獲得關(guān)于GC和內(nèi)存堆的基本信息。

盡管能通過(guò)Visual VM的基本特性得到GC的基本狀態(tài)，但并不能像使用jstat和-verbosegc一樣獲得更詳細(xì)的信息。

如果想得到像jstat一樣的詳細(xì)信息，則需要安裝相應(yīng)的Virsual VM插件?？梢栽赥ools菜單里獲取Virsual GC插件。

圖2：Virsual GC安裝界面

通過(guò)Virsual GC，可以以更直觀的方式獲得jstatd提供的信息。

圖3：Virsual GC運(yùn)行界面

HPJMeter是一個(gè)分析-verbosegc輸出結(jié)果的便捷工具。如果把Visual GC看作是jstat的GUI版本，那么HPJMeter則是-verbosegc的GUI版本。話說(shuō)回來(lái)，GC分析只是HPJMeter提供的眾多特性之一。HPJMeter是HP公司開(kāi)發(fā)的一款性能監(jiān)控工具，可以使用在HP-UX，Linux和MS Windows上。

起初，只是一款叫做HPTune的工具提供GUI的方式分析-verbosegc。自從HPJMeter 3.0開(kāi)始便集成了HPTune，因此無(wú)需再多帶帶下載HPTune。

在應(yīng)用運(yùn)行過(guò)程中，-verbosegc的輸出結(jié)果可以重定向到一個(gè)多帶帶的文件中。

可以通過(guò)HPJMeter打開(kāi)該文件，然后使用直觀的GUI界面便捷的分析GC數(shù)據(jù)。

圖4：HPJMeter

本章作為GC調(diào)優(yōu)的鋪墊，著重于介紹了如何進(jìn)行GC信息監(jiān)控。一般情況我比較建議先使用jstat觀察GC操作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有比較耗時(shí)的GC后，再通過(guò)-verbosegc來(lái)分析GC數(shù)據(jù)。因此GC調(diào)優(yōu)的一般過(guò)程就是分析和對(duì)比使用不同GC選項(xiàng)后-verbosegc輸出結(jié)果的變化。下章將會(huì)通過(guò)真實(shí)案例來(lái)介紹進(jìn)行GC調(diào)優(yōu)的最佳選項(xiàng)。

作者：Sangmin Lee, 性能實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師，NHN公司