2016年03月27日 Java Basic 浏览(44) 收藏

Java GC专家系列2:Java 垃圾回收的监控

这是”成为GC专家系列”文章的第二篇。在第一篇理解Java垃圾回收中我们学习了几种不同的GC算法的处理过程,GC的工作方式,新生代与老年代的区别。到目前为止,你应该已经了解了JDK 7中的5种GC类型,以及每种GC对性能的影响。

在本篇中,我将介绍JVM在真实环境中如何运行GC的。

什么是GC监控

GC监控 指的是在运行时跟踪JVM运行GC的过程。例如,通过GC监控,我们能找出:

  1. 何时新生代的对象会被移动到老年代,有多少对象被移到了老年代。

  2. 何时stop-the-world发生以及持续时间。

通过GC监控,能发现JVM是否在有效的运行GC以及是否需要额外的GC调优。基于这些信息,我们可以通过优化应用或者改变GC运行方式(GC调优),从而提高应用性能。

如何做GC监控

GC监控的方式很多,区别在于GC操作信息的展示会有所不同。GC是由JVM触发,因为GC监控工具展示的信息都是由JVM提供,所以不管使用哪种方式做GC监控,最终获取的信息都是一致的。因此,没有必要深入学习每种GC监控工具,只需要花些时间学习每种工具的使用方法,能够在不同的场合选择合适的工具即可。

因为JVM规范没有要求暴露GC信息的标准方法,所以下面列出的工具或JVM选项并不能适用于所有不同的JVM实现。在下面的介绍中都是基于Hotspot JVM(Oracle JVM)进行。因为NHN使用的是Oracle(Sun) JVM,所以在使用以下工具或JVM选项时并不会太困难。

首先,GC监控工具根据访问接口和方式不同分为CUIGUI。经典的CUI 工具可以使用一个单独的CUI应用jstat,也可以在运行JVM时通过提供”-verbosegc“选项来实现。

GUI GC监控工具通过单独的GUI应用来实现,后面会介绍三个常用的GUI GC工具:jconsole, jvisualvm和Visual GC。

下面开始学习每一种GC监控方法:

jstat

jstat是Hotspot JVM内置的监控工具。Hotspot JVM还内置了其他监控工具如jpsjstatd。有时候需要这三种工具一起来监控Java应用的运行。

jstat 不只提供GC操作的相关信息,也还提供类加载和即时编译器相关的操作信息。尽管如此,本文我们只会涉及jstat提供的GC操作相关的功能。

jstat 位于$JDK_HOME/bin目录,如果java或javac命令能够正常运行,jstat命令也应该能够运行。

你可以在命令行中尝试一下:

$> jstat –gc  $<vmid$> 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,真实的内存各部分数据情况按以下各列顺序列出:

SOC        S1C        S0U        S1U        EC        EU        OU        PC

 


vmid(虚拟机id: Virtual Machine ID),见名示意,表示VM的ID。运行在本地或远程的虚拟机都可以通过vmid指定。运行在本地虚拟机上的Java应用的vmid又称为lvmid(Local vmid),通常与PID相同。虽然可以通过ps命令或Windows的任务管理器查看PID的值从而得到lvmid,但更推荐使用jps,因为PID和lvmid之间并不总是一一对应。jps表示Java PS。正如ps命令可以看到PIDs和进程名,通过jps可以看到vmids和main方法信息。

通过jps找到你要监控的Java应用的vmid,然后作为jstat的参数即可。如果多个WAS实例运行在同一设备上时,如果只使用jps命令只能找到引导程序的信息。这时候就要ps -ef | grep java命令和jps命令一起使用。

GC性能数据需要持续观察,因此在运行jstat时需要定时输出GC的监控信息。

举例来说:运行jstat -gc <vmid> 1000(or 1s)将会每隔1s在控制台上输出一次GC数据。jstat -gc <vmid> 1000 10将会每隔1s输出一次GC数据,总共输出10次。

与GC相关的选项除了-gc,还有其他一些,如下表所示:

选项名称描述
gc输出堆空间上各分区当前的大小及使用量(Ede, Survivor, Old等),GC执行的总次数以及累积消耗的执行时长。
gccapacity输出堆空间上各分区的最小和最大容量,当前大小,每个区上的GC执行次数(不输出当前使用量和累积的GC耗时)。
gccause除了输出 -gcutil提供的信息外,还会输出最后一次GC和当前GC的原因。
gcnew新生代上的GC性能数据。
gcnewcapacity新生代容量的统计信息。
gcold老年代的GC性能数据。
gcoldcapacity老年代容量的统计信息。
gcpermcapacity持久代(方法区)上的统计信息。
gcutil以%的格式输出每个分区的使用量。同时也会输出GC执行的总次数及累积耗时。

如果只关心GC频率,通常使用-gcutil(或者 -gccause), -gc, -gccapacity即可。

  • -gcutil 用于检测各区上的使用量,GC执行次数以及累积耗时,

  • -gccapacity 和其他的几个选项可用于输出实际已分配的内存大小。

使用-gc选项的输出如下:

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

 


给jstat指定不同的选项会列出不同的列,如下列所示。表格右侧列出了会输出此信息的jstat选项。

数据列描述支持的jstat 选项
S0CSurvivor0的当前容量-gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
S1CS1的当前容量-gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
S0US0的使用量-gc
-gcnew
S1US1的使用量-gc
-gcnew
ECEden区的当前容量-gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
EUEden区的使用量-gc
-gcnew
OCold区的当前容量-gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
OUold区的使用量-gc
-gcnew
PC方法区的当前容量-gc
-gccapacity
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
PU方法区的使用量-gc
-gcold
YGCYoung GC次数-gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
YGCTYoung GC累积耗时-gc
-gcnew
-gcutil
-gccause
FGCFull GC次数-gc
-gccapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
FGCTFull GC累积耗时-gc
-gcold
-gcoldcapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
GCTGC总的累积耗时-gc
-gcold
-gcoldcapacity
-gccapacity
-gcpermcapacity
-gcutil
-gccause
NGCMN新生代最小容量-gccapacity
-gcnewcapacity
NGCMX新生代最大容量-gccapacity
-gcnewcapacity
NGC新生代当前容量-gccapacity
-gcnewcapacity
OGCMN老年代最小容量-gccapacity
-gcoldcapacity
OGCMX老年代最大容量-gccapacity
-gcoldcapacity
OGC老年代当前容量-gccapacity
-gcoldcapacity
PGCMN方法区最小容量-gccapacity
-gcpermcapacity
PGCMX方法区最大容量-gccapacity
-gcpermcapacity
PGC方法区当前容量-gccapacity
-gcpermcapacity
PC方法区的当前容量-gccapacity
-gcpermcapacity
PU方法区使用量-gccapacity
-gcold
LGCC上一次GC发生的原因-gccause
GCC当前GC发生的原因-gccause
TT存活阀值,如果对象在新生代移动次数超过此阀值,则会被移到老年代-gcnew
MTT最大存活阀值,如果对象在新生代移动次数超过此阀值,则会被移到老年代-gcnew
DSSsurvivor区的理想容量-gcnew

表格中容量数量单位为:KB

jstat的优点在于不管是本地还是远程Java应用,你都可以通过jstat命令查看GC操作相关的数据,并通过控制台输出这些信息。在使用-gcutil选项时,会输出如下字段的信息。在做GC调优时,尤其要关注YGC, YGCT, FGC, FGCTGCT的数据变化。

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

 


这些信息非常重要,它统计了GC运行时的耗时情况,能反映出GC的性能指标。

在上例中,YGC是217次, YGCT为0.928,平均下来每次young GC耗时4ms(0.004 s)。同样可算出full GC的平均耗时为33ms。

然而平均值对发现实现的GC问题并没有太大的帮助,因为每次GC耗时通常会有巨大的偏差(也就是说,如果full GC的平均值为0.067s,可能意味着其中一次GC耗时1ms,而另外一次持续134ms)。为了能观察每次GC的独立耗时而非平均值,更好的方式是使用-verbosegc

-verbosegc

-verbosegc 是运行Java应用时的一个JVM选项。jstat可以监控任何JVM应用而无需指定启动参数,-verbosegc去要在开启应用时就指定好,所以看起来-verbosegc并不是一个必要的选项(因为可以使用jstat完成相同工作)。然而当GC发生时-verbosegc的输出信息更容易理解,这对于监控烦杂的GC信息却大于益处。


jstat-verbosegc
监控目标可输出日志到终端上的Java应用或者能通过jstatd连接到网络的远程Java应用在启动JVM时指定了-verbosegc 参数的Java应用
输出信息堆状态(使用量、最大容量、GC次数及累积耗时等)每次GC前后新生代和老年代的容量变化及GC耗时
输出时机任何指定的时间任何GC发生时
优势方便连续观察堆大小的变化观察单次GC对系统的影响

在使用-verbosegc时还可同时指定以下附加选项:

  • -XX:+PrintGCDetails

  • -XX:+PrintGCTimeStamps

  • -XX:+PrintHeapAtGC

  • -XX:+PrintGCDateStamps(JDK6U4引入的选项)

如果只是指定了-verbosegc选项,则默认会同时指定-XX:+PrintGCDetails。另外,-verbosegc的附加选项都可以组合使用。

使用-verbosegc后,当有minor GC发生时,输出的数据格式如下:

[GC [<collector>: <starting occupancy1> -> <ending occupancy1>, <pause time1> secs] <starting occupancy3> -> <ending occupancy3>, <pause time3> secs]

 


字段含义
Collector使用的收集器
starting occupancy1GC发生前的新生代大小
ending occupancy1GC后新生代的大小
pause time1执行minor GC时Java应用停顿的时长
starting occupancy3GC发生前堆空间总大小
ending occupancy3GC发生后堆空间总大小
pause time3执行总体GC(包括Full GC)时Java应用停顿时长

下面是一个Full GC输出的例子:

[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相关信息也会紧接着提供出来。

因为-verbosegc选项可以把每次GC发生时的信息都以log方式输出,所以很容易观察GC操作关后heap使用率的变化情况。

(Java) VisualVM + Visual GC

Java Virsual VM是Oracle JDK提供的一个GUI式的图表/监控工具。

Java GC专家系列2:Java 垃圾回收的监控-图片-1
图1:VirsualVM 界面

与内置在JDK中的版本不同,你可以在网站上单独下载Virsual VM。方便起见,JDK内置的版本称为Java VirsualVM(jvisualvm),从网站上单独下载的称为Virsual VM(visualvm)。二者之间的特性并不完全一致,在一些方面(例如安装插件等)会有细微的差别。就我个人而言,更偏向于使用单独下载的Virsual VM。

启动Visual VM后,如果你左侧面板上选择了希望监控的应用,就会看到”Monitoring”一栏。从Monitoring栏中可以获得关于GC和内存堆的基本信息。

尽管能通过Visual VM的基本特性得到GC的基本状态,但并不能像使用jstat-verbosegc一样获得更详细的信息。

如果想得到像jstat一样的详细信息,则需要安装相应的Virsual VM插件。可以在Tools菜单里获取Virsual GC插件。

Java GC专家系列2:Java 垃圾回收的监控-图片-2
图2:Virsual GC安装界面

通过Virsual GC,可以以更直观的方式获得jstatd提供的信息。

Java GC专家系列2:Java 垃圾回收的监控-图片-3
图3:Virsual GC运行界面

HPJMeter

HPJMeter是一个分析-verbosegc输出结果的便捷工具。如果把Visual GC看作是jstat的GUI版本,那么HPJMeter则是-verbosegc的GUI版本。话说回来,GC分析只是HPJMeter提供的众多特性之一。HPJMeter是HP公司开发的一款性能监控工具,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。自从HPJMeter 3.0开始便集成了HPTune,因此无需再单独下载HPTune。

在应用运行过程中,-verbosegc的输出结果可以重定向到一个单独的文件中。

可以通过HPJMeter打开该文件,然后使用直观的GUI界面便捷的分析GC数据。

Java GC专家系列2:Java 垃圾回收的监控-图片-4
图4:HPJMeter

下章介绍

本章作为GC调优的铺垫,着重于介绍了如何进行GC信息监控。一般情况我比较建议先使用jstat观察GC操作,当发现有比较耗时的GC后,再通过-verbosegc来分析GC数据。因此GC调优的一般过程就是分析和对比使用不同GC选项后-verbosegc输出结果的变化。下章将会通过真实案例来介绍进行GC调优的最佳选项。

作者:Sangmin Lee, 性能实验室高级工程师,NHN公司



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