java gc专家系列2：java 垃圾回收的监控-mile米乐体育

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cui和gui。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jps和jstatd。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  $ 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 1000(or 1s)将会每隔1s在控制台上输出一次gc数据。jstat -gc 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：

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。

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, fgct和gct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。

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 [:  -> ,  secs]  -> ,  secs]

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。

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和-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。

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。

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。

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