JVM学习笔记：虚拟机性能监控

JDK中除了包含与开发密切相关的jar包外，还包含了很多非常实用的工具。在%JAVA_HOME%\bin\目录下面除了命令行工具外，还包括了几个强大的可视化工具。这些工具可以辅助我们开发、调试应用程序以及监控虚拟机状态，因此尤其是对于开发人员而言，熟练掌握这些工具非常有必要。随JDK1.8一起发布的工具如下：
 
本文中将使用jconsole和jvisualvm来监控虚拟机状态。

一 javac，java，jar三个命令的用法

1.javac命令的用法

C:\Users\michael>javac
用法: javac <options> <source files>
其中, 可能的选项包括:
  -g                         生成所有调试信息
  -g:none                    不生成任何调试信息
  -g:{lines,vars,source}     只生成某些调试信息
  -nowarn                    不生成任何警告
  -verbose                   输出有关编译器正在执行的操作的消息
  -deprecation               输出使用已过时的 API 的源位置
  -classpath <路径>            指定查找用户类文件和注释处理程序的位置
  -cp <路径>                   指定查找用户类文件和注释处理程序的位置
  -sourcepath <路径>           指定查找输入源文件的位置
  -bootclasspath <路径>        覆盖引导类文件的位置
  -extdirs <目录>              覆盖所安装扩展的位置
  -endorseddirs <目录>         覆盖签名的标准路径的位置
  -proc:{none,only}          控制是否执行注释处理和/或编译。
  -processor <class1>[,<class2>,<class3>...] 要运行的注释处理程序的名称; 绕过默认的搜索进程
  -processorpath <路径>        指定查找注释处理程序的位置
  -d <目录>                    指定放置生成的类文件的位置
  -s <目录>                    指定放置生成的源文件的位置
  -implicit:{none,class}     指定是否为隐式引用文件生成类文件
  -encoding <编码>             指定源文件使用的字符编码
  -source <发行版>              提供与指定发行版的源兼容性
  -target <发行版>              生成特定 VM 版本的类文件
  -version                   版本信息
  -help                      输出标准选项的提要
  -A关键字[=值]                  传递给注释处理程序的选项
  -X                         输出非标准选项的提要
  -J<标记>                     直接将 <标记> 传递给运行时系统
  -Werror                    出现警告时终止编译
  @<文件名>                     从文件读取选项和文件名

C:\Users\michael>javac -X
输出非标准选项的提要：这个选项在不同的平台下面输出结果略微不同。此处省略输出。

2.java命令的用法

C:\Users\michael>java
用法: java [-options] class [args...] (执行类)
   或  java [-options] -jar jarfile [args...] (执行 jar 文件)
其中选项包括:
    -d32          使用 32 位数据模型 (如果可用)
    -d64          使用 64 位数据模型 (如果可用)
    -server       选择 "server" VM
                  默认 VM 是 server.

    -cp <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>
    -classpath <目录和 zip/jar 文件的类搜索路径>
                  用 ; 分隔的目录, JAR 档案和 ZIP 档案列表, 用于搜索类文件。
    -D<名称>=<值>
                  设置系统属性
    -verbose:[class|gc|jni]
                  启用详细输出
    -version      输出产品版本并退出
    -version:<值>
                  需要指定的版本才能运行
    -showversion  输出产品版本并继续
    -jre-restrict-search | -no-jre-restrict-search
                  在版本搜索中包括/排除用户专用 JRE
    -? -help      输出此帮助消息
    -X            输出非标准选项的帮助
    -ea[:<packagename>...|:<classname>]
    -enableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  按指定的粒度启用断言
    -da[:<packagename>...|:<classname>]
    -disableassertions[:<packagename>...|:<classname>]
                  禁用具有指定粒度的断言
    -esa | -enablesystemassertions
                  启用系统断言
    -dsa | -disablesystemassertions
                  禁用系统断言
    -agentlib:<libname>[=<选项>]
                  加载本机代理库 <libname>, 例如 -agentlib:hprof
                  另请参阅 -agentlib:jdwp=help 和 -agentlib:hprof=help
    -agentpath:<pathname>[=<选项>]
                  按完整路径名加载本机代理库
    -javaagent:<jarpath>[=<选项>]
                  加载 Java 编程语言代理, 请参阅 java.lang.instrument
    -splash:<imagepath>
                  使用指定的图像显示启动屏幕有关详细信息, 请参阅 http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/documentation/index.html。

C:\Users\michael>java -X
    -Xmixed           混合模式执行 (默认)
    -Xint             仅解释模式执行
    -Xbootclasspath:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      设置搜索路径以引导类和资源
    -Xbootclasspath/a:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      附加在引导类路径末尾
    -Xbootclasspath/p:<用 ; 分隔的目录和 zip/jar 文件>
                      置于引导类路径之前
    -Xdiag            显示附加诊断消息
    -Xnoclassgc       禁用类垃圾收集
    -Xincgc           启用增量垃圾收集
    -Xloggc:<file>    将 GC 状态记录在文件中 (带时间戳)
    -Xbatch           禁用后台编译
    -Xms<size>        设置初始 Java 堆大小
    -Xmx<size>        设置最大 Java 堆大小
    -Xss<size>        设置 Java 线程堆栈大小
    -Xprof            输出 cpu 配置文件数据
    -Xfuture          启用最严格的检查, 预期将来的默认值
    -Xrs              减少 Java/VM 对操作系统信号的使用 (请参阅文档)
    -Xcheck:jni       对 JNI 函数执行其他检查
    -Xshare:off       不尝试使用共享类数据
    -Xshare:auto      在可能的情况下使用共享类数据 (默认)
    -Xshare:on        要求使用共享类数据, 否则将失败。
    -XshowSettings    显示所有设置并继续
    -XshowSettings:all
                      显示所有设置并继续
    -XshowSettings:vm 显示所有与 vm 相关的设置并继续
    -XshowSettings:properties
                      显示所有属性设置并继续
    -XshowSettings:locale
                      显示所有与区域设置相关的设置并继续

-X 选项是非标准选项, 如有更改, 恕不另行通知。

3.jar命令的用法

C:\Users\michael>jar
用法: jar {ctxui}[vfm0Me] [jar-file] [manifest-file] [entry-point] [-C dir] files ...
选项包括:
    -c  创建新的归档文件
    -t  列出归档目录
    -x  从档案中提取指定的 (或所有) 文件
    -u  更新现有的归档文件
    -v  在标准输出中生成详细输出
    -f  指定归档文件名
    -m  包含指定清单文件中的清单信息
    -e  为捆绑到可执行 jar 文件的独立应用程序
        指定应用程序入口点
    -0  仅存储; 不使用情况任何 ZIP 压缩
    -M  不创建条目的清单文件
    -i  为指定的 jar 文件生成索引信息
    -C  更改为指定的目录并包含其中的文件
如果有任何目录文件, 则对其进行递归处理。清单文件名, 归档文件名和入口点名称的指定顺序与 ‘m‘, ‘f‘ 和 ‘e‘ 标记的指定顺序相同。

示例 1: 将两个类文件归档到一个名为 classes.jar 的归档文件中:
       jar cvf classes.jar Foo.class Bar.class
示例 2: 使用现有的清单文件 ‘mymanifest‘ 并
           将 foo/ 目录中的所有文件归档到 ‘classes.jar‘ 中:
       jar cvfm classes.jar mymanifest -C foo/ .

C:\Users\michael>jar cvf tp.jar TimePrinter.class 【注：没有指定应用程序入口，所以该jar包无法执行】
已添加清单
正在添加: TimePrinter.class(输入 = 620) (输出 = 433)(压缩了 30%)

C:\Users\michael>java -jar tp.jar
tp.jar中没有主清单属性

C:\Users\michael>jar cvfe tp.jar TimePrinter TimePrinter.class 【注：选项cvfe中添加了e，TimePrinter为主类】
已添加清单
正在添加: TimePrinter.class(输入 = 620) (输出 = 433)(压缩了 30%)

C:\Users\michael>java -jar tp.jar
Fri Apr 10 09:42:43 CST 2015
Fri Apr 10 09:42:44 CST 2015

二 编译并运行测试程序

该测试程序的功能是每隔一秒向控制台输出当前时间，TimePrinter.java 源码如下：

public class TimePrinter {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        for(int i = 0;i< 1000;i++){
        System.out.println(new java.util.Date());
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

1. 编译源文件

C:\Users\michael>javac -verbose TimePrinter.java
[解析开始时间 RegularFileObject[TimePrinter.java]]
[解析已完成, 用时 47 毫秒]
[源文件的搜索路径: .]
[类文件的搜索路径: C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_51\jre\lib\resources.jar,C:\Program Files\...
[正在加载ZipFileIndexFileObject[C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_51\lib\ct.sym(META-INF/sym/rt.jar/java/lang/String.class)]]...
[正在检查TimePrinter]
[正在加载ZipFileIndexFileObject[C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_51\lib\ct.sym(META-INF/sym/rt.jar/java/lang/AutoCloseable.class)]]
...
[已写入RegularFileObject[TimePrinter.class]]
[共 920 毫秒]

2.设置VM参数并运行程序

（1）class方式运行

C:\Users\michael>java -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m TimePrinter
Fri Apr 10 09:42:43 CST 2015
Fri Apr 10 09:42:44 CST 2015

（2）jar方式运行

C:\Users\michael>java -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -jar tp.jar
Fri Apr 10 09:42:43 CST 2015
Fri Apr 10 09:42:44 CST 2015

注：Eclipse下选择Run->Run Configurations设置VM运行参数，如下图：

当然还可以设置更多的参数，比如：

C:\Users\michael>java -Xms200M -Xmx200M -Xmn100M -Xss100M -XX:PermSize=100M -XX:MaxPermSize=100M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=1 TimePrinter
注意：有的选项带值：-XX:SurvivorRatio=8 ；有的是带加减号，比如-XX:+PrintGCDetails .（带加减号的话，估计就是true或false的意思）

三 用jconsole监控运行状态

1.我们计划将堆的总太小设为20M，新生代和老年代各10M。由于默认情况下survivor和eden的空间比例是1:8，所以Eden大约8M，2个survivor各自1M。下面验证一下jconsole的监控情况和我们的计划是否一致。

（1）堆的总大小：

（2）老年代大小：

（3）Eden大小：

（4）survivor大小：

结果：符合预期计划。

2.其他信息

3.缺点：jconsole会对被监控程序的正常运行产生影响。

就本测试程序而言，当运行jconsole程序监控TimePrinter程序时，会发现TimePrinter会输出一些额外的类加载信息，从侧面说明了TimePrinter会额外加载部分类以支持jconsole的工作。

四 用jvisualvm监控运行状态

和jconsole相比，jvisualvm的线程可视化做得很好。而且jvisualvm还有一个很大的优点：不需要被监视的程序基于特殊Agent运行，因此它对于应用程序的实际性能影响很小。jvisualvm是Oracle力推的工具，以后主要就用它了。