Java Flight Record 详解

news2024/11/26 20:25:51

核心概念

Java Flight Record 提供一个低开销的数据收集框架，用于对 Java 应用程序和 HotSpot JVM 进行故障排除。Flight Recorder 记录源自应用程序、JVM和操作系统的事件

Flight Record，顾名思义，相当于飞机黑匣子里保存的飞行记录

事件

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）

Java Flight Recorder (JFR) 可以监听和记录各种事件，包括但不限于以下几类：

方法耗时：JFR 可以记录方法的执行时间，用于分析和优化程序的性能。
垃圾收集：JFR 可以记录垃圾收集器的活动和性能指标，包括吞吐量、停顿时间和对象分配等。
线程活动：JFR 可以记录线程的创建、销毁、休眠和唤醒等活动，用于分析并发和线程相关的性能问题。
锁竞争：JFR 可以记录锁的竞争和等待情况，用于分析多线程程序中的死锁和竞争问题。
I/O 操作：JFR 可以记录文件读写、网络传输等 I/O 操作的性能指标和耗时，用于分析和优化 I/O 性能。
GC 周期：JFR 可以记录整个 GC 周期的信息，包括新生代、老年代和永久代的使用情况和回收效率等。
内存分配：JFR 可以记录内存的分配和使用情况，包括堆内、堆外和直接内存的分配和释放情况。

除了上述事件，JFR 还支持自定义事件，您可以根据应用程序的需求自定义记录特定事件和指标。这些事件和指标可以帮助开发人员了解应用程序的行为和性能状况，并进行性能优化和故障排查。

缓冲机制和二进制数据格式

线程将事件无锁地写入ThreadLocal缓冲区。一旦ThreadLocal缓冲区填满，它就会被提升为全局内存循环缓冲区系统，该系统维护最新的事件数据。根据配置，最旧的数据要么被丢弃，要么被写入磁盘，从而允许连续保存历史记录

事件模型以little endian base 128的形式编码的二进制格式实现。磁盘上的二进制文件具有扩展名.jfr，并使用保留策略进行维护和控制

作为说明性示例，类加载事件包含描述其发生时间的时间戳、描述时间跨度的持续时间、线程、堆栈跟踪以及三个事件特定有效负载字段、加载的类和关联的类加载器。事件的大小总共为 24 字节。

<memory address>: 98 80 80 00 87 02 95 ae e4 b2 92 03 a2 f7 ae 9a 94 02 02 01 8d 11 00 00

活动规模[98 80 80 00]
事件ID[87 02]
时间戳[95 ae e4 b2 92 03]
期间[a2 f7 ae 9a 94 02]
线程ID[02]
堆栈跟踪 ID[01]
有效负载[字段]
- 加载类：[0x8d11]
- 定义类加载器：[0]
- 启动类加载器：[0]

JFR 诊断

在 JVM 命令启动JFR

-XX:StartFlightRecording

bin/jcmd 工具启动JFR

# 启动JFR
jcmd <pid> JFR.start

# dump
jcmd <pid> JFR.dump filename=recording.jfr

# 停止JFR
jcmd <pid> JFR.stop

命令参数详见 JFR命令参考

JFR 解析

输出jfr文件后，可以使用JDK Mission Control分析工具对各种性能指标进行分析。可以直接使用JFR 解析命令查看摘要信息和事件流

JDK Mission Control

JDK Mission Control是一个强大的性能分析工具，它包含了对JFR文件进行可视化分析的功能。可以使用JDK Mission Control打开JFR文件，查看各种性能指标、方法调用树、线程活动等信息，并进行高级分析和故障排查。

JFR 解析命令

jfr print <filename.jfr>

部分JFR文件的摘要信息和事件流

jdk.CodeCacheStatistics {
  startTime = 16:13:08.344
  codeBlobType = "CodeHeap 'non-nmethods'"
  startAddress = 0x7FE6A1715000
  reservedTopAddress = 0x7FE6A1CA4000
  entryCount = 1134
  methodCount = 0
  adaptorCount = 1046
  unallocatedCapacity = 3.7 MB
  fullCount = 0
}

jdk.CodeSweeperStatistics {
  startTime = 16:13:08.344
  sweepCount = 72
  methodReclaimedCount = 11991
  totalSweepTime = 3.09 s
  peakFractionTime = 208 ms
  peakSweepTime = 208 ms
}

jdk.GCConfiguration {
  startTime = 16:13:08.344
  youngCollector = "N/A"
  oldCollector = "Z"
  parallelGCThreads = 2
  concurrentGCThreads = 1
  usesDynamicGCThreads = true
  isExplicitGCConcurrent = false
  isExplicitGCDisabled = true
  pauseTarget = N/A
  gcTimeRatio = 99
}

使用实例

自动分析结果

JMC分析

事件浏览器

HotSpot JVM 中的对象指针压缩

总结

低开销的性能监控：JFR 是与 JVM 集成的轻量级性能监控工具，可以在不影响应用程序性能的情况下实时收集和记录各种性能数据。与其他性能工具相比，JFR 的性能开销非常低，几乎可以忽略不计
实时和历史数据记录：使用 JFR，您可以实时记录应用程序的性能数据，例如线程活动、方法执行时间、垃圾收集等。您还可以通过配置持久化设置，将记录的数据保存为 JFR 文件，以供后续分析和排查问题
低停顿垃圾收集（Low-Pause Garbage Collection）：JFR 可以捕获 Java 垃圾收集器的详细信息，包括停顿时间、吞吐量、对象分配等。这些数据可以帮助您了解垃圾收集器的性能特征并进行优化
生产环境监控：使用 JFR，您可以在生产环境中实时监控应用程序的性能和健康状况。通过收集关键指标，您可以及时发现和解决潜在的问题，避免应用程序性能下降或故障
高度可定制性：JFR 提供了丰富的配置选项，可以根据您的需求定制性能监控的粒度和数据采集。您可以选择感兴趣的事件、添加自定义事件和属性，以满足您特定的监控需求
集成与分析工具：JFR 数据可以与 JDK Mission Control 等工具集成，提供直观的可视化界面和高级分析功能。开发人员可以使用这些工具快速定位性能问题，并进行优化

总而言之，Java JFR是一个功能强大且易于使用的性能监控和故障诊断工具，可以帮助开发人员优化Java应用程序的性能，并提高应用程序在生产环境中的稳定性

参考资料：