背景

性能诊断是软件工程师在日常工作中需要经常面对和解决的问题，在用户体验至上的今天，解决好应用的性能问题能带来非常大的收益。Java 作为最流行的编程语言之一，其应用性能诊断一直受到业界广泛关注。可能造成 Java 应用出现性能问题的因素非常多，例如线程控制、磁盘读写、数据库访问、网络I/O、垃圾收集等。想要了定位这些问题，一款优秀的性能诊断工具必不可少。本文将介绍 Java 性能诊断过程中的常用指令。

一、Java 性能诊断工具简介

在 Java 的世界里，有许多诊断工具可供选择，既包括像 jmap、jstat 这样的简单命令行工具，又包括 JVisualvm、JProfiler 等图形化综合诊断工具，同时还有 SkyWalking、ARMS 这样的针对分布式应用的性能监控系统。下面分别对其进行介绍。

二、简单命令行工具

JDK 内置了许多命令行工具，它们可用来获取目标 JVM 不同方面、不同层次的信息。

• jinfo - 用于实时查看和调整目标 JVM 的各项参数。
• jstack - 用于获取目标 Java 进程内的线程堆栈信息，可用来检测死锁、定位死循环等。
• jmap - 用于获取目标 Java 进程的内存相关信息，包括 Java 堆各区域的使用情况、堆中对象的统计信息、类加载信息等。
• jstat - 一款轻量级多功能监控工具，可用于获取目标 Java 进程的类加载、JIT 编译、垃圾收集、内存使用等信息。
• jcmd - 相比 jstat 功能更为全面的工具，可用于获取目标 Java 进程的性能统计、JFR、内存使用、垃圾收集、线程堆栈、JVM 运行时间等信息。

2.1、jps

jps（java process status tool）， 用于查看java进程及相关信息，如果你想找到一个java进程的pid，可以使用jps命令代替linux的ps命令。

命令格式： jps 【options】 【hostid】
options参数:

• -l ： 显示进程ID， 显示主类全名或jar路径
• -q ：显示进程ID
• -m ：显示进程ID， 显示JVM启动时传给main() 函数的参数
• -v ： 显示进程ID，显示JVM启动参数

hostid ： 主机或其他服务器IP， 不写默认查看本机

2.2、jinfo

jinfo是用来查看jvm参数和动态修改部分jvm参数的命令

jinfo 【options】 <pid>

options参数解释：

no options ：输出所有的系统属性和参数

• -flag ：打印指定名称的参数
• -flag [+|-] ： 打开或关闭参数
• -flag = 设置参数值
• -flags 打印所有参数
• -sysprops 打印系统配置

pid代表进程id， 是必传参数

使用示例：

# 查看jvm参数和系统配置
jinfo 1234
jinfo -flags 1234
jinfo -sysprops 1234
 
# 查看打印GC日志参数
jinfo -flag PrintGC 1234
jinfo -flag PrintGCDetail 1234
 
# 打开/关闭 GC日志
jinfo -flag +PrintGC 1234
jinfo -flag -PrintGCDetail 1234
 
# 设置或自改参数值
jinfo -flag -Xms10m 1234

2.3、jstat

jstat命令主要用于查看jvm运行时状态信息， 包括内存状态、垃圾回收等

命令格式： jstat 【options】 <PID> 【interval】 【count】
interval 是打印间隔时间（ms）， count 是打印次数， 默认一直打印

options参数解释：

• -class ： classLoader的行为统计
• -complier ： hotSpot JIT编译器行为统计
• -gc ： 垃圾回收堆的行为统计
• -gccapacity： 各个垃圾回收容量和他们响应空间的统计
• -gcutil： 垃圾回收统计概述
• -gccause：垃圾收集统计概述， 附加最近两次垃圾回收事件的原因
• -gcnew：新生代行为统计
• -gcnewcapacity：新生代与其响应的内存空间的统计
• -gcold：老年代与永久代行为统计
• -gcoldcapacity：老年代行为统计
• -printcompliation： hotSpot编译方法统计

使用示例：

jstat -gcutil 1234 1000 3   # 查看进程1234的垃圾回收信息， 没1s打印一次， 打印三次

字段解释：

• S0： s0区使用百分比
• S1：s1区使用百分比
• E ： Eden区使用百分比
• O ： old区使用百分比
• M： 元数据区使用百分比
• CCS：压缩使用百分比
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间
• FGC：Full GC垃圾回收次数
• FGCT：FullGC 垃圾回收消耗时间
• GCT： 垃圾回收消耗总时间

jstat -gc 1234 1000 3

-gc与-gcutil类似， 只不过输出的不是百分比，而是实际的值

字段解释：

• S0C： so区大小
• S1C：S1区大小
• S0U：s0已使用大小
• S1U：S1已使用大小
• EC： Eden区大小
• EU： Eden区已使用大小
• OC： 老年代大小
• OU：老年代已使用大小
• MC： 方法区大小
• MU： 方法区已使用大小
• CCSC： 压缩类空间大小
• CCSU： 压缩类空间已使用大小
• YGC： 年轻代垃圾回收次数
• YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间
• FGC： Full GC次数
• FGCT： Full GC消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

2.4、jstack

jstack是用来查看jvm线程快照的命令， 线程快照是当前jvm线程正在执行的方法堆栈集合。 使用jstack命令可以定位线程出现长时间卡顿的原因， 如死锁、死循环等。 jstack还可以查看程序崩溃时生成的core文件中的stack信息。

命令格式： jstack 【options】 【pid】
options参数解释：

• -F ： 当使用jstack无响应时，强制输出线程堆栈
• -m：同时输出java堆栈和c/c++ 堆栈信息
• -l ： 除了输出堆栈信息外， 显示关于锁的附加信息

2.5、jmap

jmap可以生成java程序的dump文件， 也可以查看堆内对象示例的统计信息、查看classLoader的信息以及finalizer队列

命令格式： jmap 【options】 <pid>
options参数解释 :

• no options 如果使用不带选项参数的jmap打印共享对象映射， 将会打印目标虚拟机中加载的每个对象的起始地址、映射大小及共享对象文件的路径全称。（很占资源， 一般不会使用）
• -heap： 打印java heap 摘要
• -histo[:live] ： 打印堆中的java对象统计信息
• -clstats ： 打印类加载器统计信息
• -finalizerinfo：打印在f-queue中等待执行finalizer方法的对象
• -dump： 生成java堆的dump文件， dump-options：
  • live ： 只转储存活的对象，如果没有指定则转储所有对象
  • format=b： 二进制格式
  • file=[Path] ： 将文件转储到指定文件中

使用示例：

jmap -dump:live,format=b,file=/dump.bin 1234   #将java堆中存活的对象信息转储到/dump.bin文件中

我们来看一下堆信息：

jmap -heap 1234

输出：

Attaching to process ID 11666, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.25-b02
 
using thread-local object allocation.
Parallel GC with 4 thread(s)
 
Heap Configuration: //堆内存初始化配置
   MinHeapFreeRatio  = 0 //对应jvm启动参数-XX:MinHeapFreeRatio设置JVM堆最小空闲比率(default 40)
   MaxHeapFreeRatio  = 100 //对应jvm启动参数 -XX:MaxHeapFreeRatio设置JVM堆最大空闲比率(default 70)
   MaxHeapSize= 1073741824 (1024.0MB) //对应jvm启动参数-XX:MaxHeapSize=设置JVM堆的最大大小
   NewSize    = 22020096 (21.0MB) //对应jvm启动参数-XX:NewSize=设置JVM堆的新生代的默认大小
   MaxNewSize = 357564416 (341.0MB) //对应jvm启动参数-XX:MaxNewSize=设置JVM堆的新生代的最大大小
   OldSize    = 45088768 (43.0MB) //对应jvm启动参数-XX:OldSize=<value>:设置JVM堆的老年代的大小
   NewRatio   = 2 //对应jvm启动参数-XX:NewRatio=:新生代和老生代的大小比率
   SurvivorRatio     = 8 //对应jvm启动参数-XX:SurvivorRatio=设置新生代中Eden区与Survivor区的大小比值
   MetaspaceSize     = 21807104 (20.796875MB) // 元数据区大小
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB) //类压缩空间大小
   MaxMetaspaceSize  = 17592186044415 MB //元数据区最大大小
   G1HeapRegionSize  = 0 (0.0MB) //G1垃圾收集器每个Region大小
 
Heap Usage: //堆内存使用情况
PS Young Generation 
Eden Space: //Eden区内存分布
   capacity = 17825792 (17.0MB) //Eden区总容量
   used     = 12704088 (12.115562438964844MB) //Eden区已使用
   free     = 5121704 (4.884437561035156MB) //Eden区剩余容量
   71.26801434685203% used //Eden区使用比率
 
From Space: //其中一个Survivor区的内存分布
   capacity = 2097152 (2.0MB)
   used     = 1703936 (1.625MB)
   free     = 393216 (0.375MB)
   81.25% used
To Space: //另一个Survivor区的内存分布
   capacity = 2097152 (2.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 2097152 (2.0MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 52428800 (50.0MB) //老年代容量
   used     = 28325712 (27.013504028320312MB) //老年代已使用
   free     = 24103088 (22.986495971679688MB) //老年代空闲
   54.027008056640625% used //老年代使用比率
 
15884 interned Strings occupying 2075304 bytes.

输出存活对象信息 ：

jmap -histo:live 1234 | more

2.6、jhat

jhat 用来分析jmap生成dump文件的命令， jhat内置了应用服务器，可以通过网页查看dump文件分析结果，jhat一般用于离线分析

命令格式： jhap 【options】 【dumpfile】

option参数解释：

• -stack false ： 关闭对象分配调用堆栈的跟踪
• -refs false： 关闭对象引用的跟踪
• -port： HTTP服务器端口， 默认是7000
• -debug： debug级别
• -version： 分析报告版本

三、图形化综合诊断工具

使用上述命令行工具或组合能帮您获取目标 Java 应用性能相关的基础信息，但它们存在下列局限：

1. 无法获取方法级别的分析数据，如方法间的调用关系、各方法的调用次数和调用时间等（这对定位应用性能瓶颈至关重要）。
2. 要求用户登录到目标 Java 应用所在的宿主机上，使用起来不是很方便。
3. 分析数据通过终端输出，结果展示不够直观。

下面介绍几款图形化的综合性能诊断工具。

3.1、JVisualvm

JVisualvm 是 JDK 内置的可视化性能诊断工具，它通过 JMX、jstatd、Attach API 等方式获取目标 JVM 的分析数据，包括 CPU 使用率、内存使用量、线程堆栈信息等。此外，它还能直观地展示 Java 堆中各对象的数量和大小、各 Java 方法的调用次数和执行时间等。

更多可参考我之前写的文章：【JVM 监控工具】JVisualVM的使用

3.2、JProfiler

性能诊断–JProfiler的使用

3.3、JConsole

使用JConsole监控进程、线程、内存、cpu、类情况