VisualVM详解(手把手教你分析监控使用)

开发Java 应用程序难免遇到内存泄露、性能瓶颈等问题,为了找出程序中隐藏的这些问题,可以使用VisualVM生成和分析海量数据、跟踪内存泄漏、监控垃圾回收器、执行内存和CPU分析。

今天我们就一起来详解VisualVM,看看VisualVM是如何分析性能瓶颈的。

VisualVM简介

VisualVM 是一款免费的性能分析工具,它通过 jvmstat、JMX、SA(Serviceability Agent)以及 Attach API 等多种方式从程序运行时获得实时数据,从而进行动态的性能分析。

VisualVM详解(手把手教你分析监控使用)-mikechen

VisualVM是功能最强大的运行监视和故障处理程序之一,它集成了多种性能统计工具的功能,可以替代jstat,jmap,jstack,也可以替代JConsole的使用。

VisualVM安装

这里有两种方式:

  • 没有按照IDEA插件

如果没有按照IDEA插件的话,我们需要找到JDK的按照目录bin下找到如下执行程序。

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然后双击执行,就会出现界面,如下;

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但是,我们一般使用IDEA,所以会使用插件,就是下面这种方式。

  • 按照IDEA插件

先在插件中找到VisualVM安装;

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安装了之后,在运行的地方就会多出现两个VisualVM的运行按钮;

VisualVM详解(手把手教你分析监控使用)-mikechen

这样运行程序之后,就可以自动打开VisualVM程序了。

VisualVM基本介绍

这一部分先对这个工具做一个简要的介绍,看看基本有哪些我们会用到的功能。

在没有添加其他插件的时候,是只有下面几个功能的。

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概述

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如上图所示,概述基本上都是我们的系统属性、运行程序时设置的JVM参数等信息的展示,所以,这一部分可以让我们查看这些信息。

监视

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监视这个界面的功能还是很有作用的,可以看到cup运行情况、堆的使用情况、类的情况以及线程的动态情况

因此,我们可以利用这个界面查看cpu情况好不好,更重要的是,我们可以查看堆的使用情况,这对于我们分析JVM还是非常重要的。

线程

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如上图所以,可以看到所有的线程的情况,是运行、休眠、等待、驻留、监视等情况。

注意, 以上这些都不是关键,关键是VisualVM中还有一个很重要的功能,可以添加插件获取更多的功能。

插件添加

正是因为有了插件的扩展功能,所以这个工具才如此强大,VisualVM可以做到以下:

  • 显示虚拟机进程以及进程的配置、环境信息、jps、jinfo。
  • 监视应用程序的cpu、GC、堆、方法区以及线程的信息(jstat、jstack)。
  • dump以及分析堆转存储快照(jmap、jhat)。
  • 还有很多其他的功能。

在工具->找到可用插件,安装即可。

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下一部分我们就利用已经安装的插件Visual GC进行分析。

利用`Visual GC`分析虚拟机内存区域

这部分会用到一些Java虚拟机的一些基础知识,所以,查看这部分之前,请先查看这篇文章:。

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在这个界面分为以下几个部分。

  • space(Metaspace(元数据)、Old老年代、新生代(Eden、S0、S1))
  • Graphs(Compile Time(编译时间)、Class Loader Time(类加载时间)、GC Time(垃圾收集时间)、Eden Space、Survivor 0、Survivor 1、Old Gen、Metaspace)
  • Histogram(Parameters参数设置)

那么知道这些参数之后,怎么去分析虚拟机到底运行是好是坏呢,这个时候,我们需要了解一些Java虚拟机基础的优化知识。

首先,需要了解一些GC优化的原则

  • 多数的Java应用不需要在服务器上进行GC优化;
  • 多数导致GC问题的Java应用,都不是因为我们参数设置错误,而是代码问题;
  • 在应用上线之前,先考虑将机器的JVM参数设置到最优(最适合);
  • 减少创建对象的数量;
  • 减少使用全局变量和大对象;
  • GC优化是到最后不得已才采用的手段;
  • 在实际使用中,分析GC情况优化代码比优化GC参数要多得多;

另外,我们需要知道我们GC优化的目的

  • 将转移到老年代的对象数量降低到最小;
  • 减少full GC的执行时间;

一般,我们需要执行的有以下几点;

  • 减少使用全局变量和大对象;
  • 调整新生代的大小到最合适;
  • 设置老年代的大小为最合适;
  • 选择合适的GC收集器;

至于怎么算合适,后面我会通过一个实例讲解。

其实,如果想要知道更多JVM内存分配和回收策略的原理,可以查看这篇文章:JVM内存分配和回收策略的原理。

一般我们执行了我们的程序之后,接下来就是需要查看GC的状态了,接着分析结果,判断是否需要进行优化

一般如果达到以下的指标,就不需要进行GC了。

  • Minor GC执行时间不到50ms,Minor GC执行不频繁,约10秒一次;
  • Full GC执行时间不到1s,Full GC执行频率不算频繁,不低于10分钟1次;

 

VisualVM分析优化实例

我们先看一个GC状态需要优化的例子,在这个实例中,我们给堆分配的最大最小的值都是64M(很小的堆大小)。

GC状态差情况分析

 1/**
 2 * VM Args:-Xms64m -Xmx64m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 4 */
 5public class HeapTest {
 6
 7    static class StaticObject {
 8    }
 9
10    public static void main(String[] args) {
11        List<StaticObject> list = new ArrayList<StaticObject>();
12        int i = 1;
13
14        //不断的向堆中添加对象
15        while (true) {
16            list.add(new StaticObject());
17            i++;
18            System.out.println(i);
19            System.out.println(list.size());
20        }
21    }
22}
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由于分配的堆内存太小,所以导致,堆溢出。

接着我们查看一下Visual GC的监视情况。

  • 监视界面情况
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我们可以从堆的使用情况看出,基本已经使用完。

  • Visual GC监视情况
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从上图可知,在短短的运行时间中,Eden进行了49次GC,虽然时间短,但是能说明一个问题,新生代堆内存分配的空间太小,导致频繁GC

同时,Old老年代也进行了33次GC,虽然运行时间也在不需要优化的范围内,而且从Survivor可以看出,基本没有GC,说明这些都是大对象,直接进入到了Old老年代,导致GC频繁

所以,我们需要进行的优化就是加大新生代和老年代堆内存的大小,同时减少大对象的产生

参数优化分析

我们将VM参数改为:-Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,运行大概5分钟再次查看结果。

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首先没有出现堆内存溢出。

  • 监视情况
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加大了堆内存,所以堆内存没有出现问题。

  • Visual GC监视情况
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加大了堆内存之后,Eden新生代进行了66次GC,使用时间3.381s基本满足要求(执行时间不到50ms,Minor GC执行不频繁,约10秒一次),同时老年代old进行了2次GC,使用时间4.127s,这里还是有待优化的,不太满足优化要求。

  • dump文件分析
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点击堆 dump这个按钮就会生成 dump文件,我们可以分析类及对象的一些情况。

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分析之后发现,StaticObject对象大多,没有进行GC,问题主要在这里,所以,下一步需要解决这个问题。

通过以上分析可以说明一个问题,加大了堆内存之后,新生代和老年代的GC情况大大的改善了,但是还有大对象的问题,所以还有待优化。

修改大对象,进行GC

修改程序,如下:

 1/**
 2 * VM Args:-Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 3 *
 5 */
 6public class HeapTest {
 7
 8   /* static class StaticObject {
 9    }*/
10
11    public static void main(String[] args) {
12        int i = 1;
13
14        while (true) {
15            i++;
16            System.out.println(i);
17        }
18
19    }
20}
  • 监视情况
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堆一直运行良好。

  • Visual GC监视情况
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这次相对于上次相比,老年代的情况已经改善了,没有GC,说明大对象不存在了。

通过上面的分析跟优化,就满足GC的需求了,不需要再优化了。

VisualVM总结

通过上面的分析及使用,VisualVM基本的使用以及如何利用VisualVM进行Java虚拟机优化相信你已经掌握了,如果还想了解更过关于Java虚拟机的知识及优化文章,请看本系列的其他文章。

作者简介

陈睿|mikechen,10年+大厂架构经验,大厂资深面试官,就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。

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