摘要：原文鏈接這是專家系列文章的第二篇。運行在本地虛擬機上的應用的又稱為，通常與相同。性能數據需要持續觀察，因此在運行時需要定時輸出的監控信息。新生代容量的統計信息。是提供的一個式的圖表監控工具。

原文鏈接：http://www.cubrid.org/blog/dev-platform/how-to-monitor-java-garbage-collection/

這是GC專家系列文章的第二篇。在第一篇理解Java垃圾回收中我們學習了幾種不同的GC算法的處理過程，GC的工作方式，新生代與老年代的區別。到目前為止，你應該已經了解了JDK 7中的5種GC類型，以及每種GC對性能的影響。

在本篇中，我將介紹JVM在真實環境中如何運行GC的。

GC監控 指的是在運行時跟蹤JVM運行GC的過程。例如，通過GC監控，我們能找出：

何時新生代的對象會被移動到老年代，有多少對象被移到了老年代。

何時stop-the-world發生以及持續時間。

通過GC監控，能發現JVM是否在有效的運行GC以及是否需要額外的GC調優。基于這些信息，我們可以通過優化應用或者改變GC運行方式(GC調優)，從而提高應用性能。

GC監控的方式很多，區別在于GC操作信息的展示會有所不同。GC是由JVM觸發，因為GC監控工具展示的信息都是由JVM提供，所以不管使用哪種方式做GC監控，最終獲取的信息都是一致的。因此，沒有必要深入學習每種GC監控工具，只需要花些時間學習每種工具的使用方法，能夠在不同的場合選擇合適的工具即可。

因為JVM規范沒有要求暴露GC信息的標準方法，所以下面列出的工具或JVM選項并不能適用于所有不同的JVM實現。在下面的介紹中都是基于Hotspot JVM(Oracle JVM)進行。因為NHN使用的是Oracle(Sun) JVM，所以在使用以下工具或JVM選項時并不會太困難。

首先，GC監控工具根據訪問接口和方式不同分為CUI和GUI。經典的CUI 工具可以使用一個多帶帶的CUI應用jstat，也可以在運行JVM時通過提供"-verbosegc"選項來實現。

GUI GC監控工具通過多帶帶的GUI應用來實現，后面會介紹三個常用的GUI GC工具：jconsole, jvisualvm和Visual GC。

下面開始學習每一種GC監控方法：

jstat是Hotspot JVM內置的監控工具。Hotspot JVM還內置了其他監控工具如jps和jstatd。有時候需要這三種工具一起來監控Java應用的運行。

jstat 不只提供GC操作的相關信息，也還提供類加載和即時編譯器相關的操作信息。盡管如此，本文我們只會涉及jstat提供的GC操作相關的功能。

jstat 位于$JDK_HOME/bin目錄，如果java或javac命令能夠正常運行，jstat命令也應該能夠運行。

你可以在命令行中嘗試一下：

$> 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，真實的內存各部分數據情況按以下各列順序列出：

SOC        S1C        S0U        S1U        EC        EU        OU        PC

vmid(虛擬機id: Virtual Machine ID)，見名示意，表示VM的ID。運行在本地或遠程的虛擬機都可以通過vmid指定。運行在本地虛擬機上的Java應用的vmid又稱為lvmid(Local vmid)，通常與PID相同。雖然可以通過ps命令或Windows的任務管理器查看PID的值從而得到lvmid，但更推薦使用jps，因為PID和lvmid之間并不總是一一對應。jps表示Java PS。正如ps命令可以看到PIDs和進程名，通過jps可以看到vmids和main方法信息。

通過jps找到你要監控的Java應用的vmid，然后作為jstat的參數即可。如果多個WAS實例運行在同一設備上時，如果只使用jps命令只能找到引導程序的信息。這時候就要ps -ef | grep java命令和jps命令一起使用。

GC性能數據需要持續觀察，因此在運行jstat時需要定時輸出GC的監控信息。

舉例來說：運行jstat -gc 1000(or 1s)將會每隔1s在控制臺上輸出一次GC數據。jstat -gc 1000 10將會每隔1s輸出一次GC數據，總共輸出10次。

與GC相關的選項除了-gc，還有其他一些，如下表所示：

如果只關心GC頻率，通常使用-gcutil(或者 -gccause), -gc, -gccapacity即可。

-gcutil 用于檢測各區上的使用量，GC執行次數以及累積耗時，

-gccapacity 和其他的幾個選項可用于輸出實際已分配的內存大小。

使用-gc選項的輸出如下：

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

給jstat指定不同的選項會列出不同的列，如下列所示。表格右側列出了會輸出此信息的jstat選項。

表格中容量數量單位為：KB

jstat的優點在于不管是本地還是遠程Java應用，你都可以通過jstat命令查看GC操作相關的數據，并通過控制臺輸出這些信息。在使用-gcutil選項時，會輸出如下字段的信息。在做GC調優時，尤其要關注YGC, YGCT, FGC, FGCT和GCT的數據變化。

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

這些信息非常重要，它統計了GC運行時的耗時情況，能反映出GC的性能指標。

在上例中，YGC是217次, YGCT為0.928，平均下來每次young GC耗時4ms(0.004 s)。同樣可算出full GC的平均耗時為33ms。

然而平均值對發現實現的GC問題并沒有太大的幫助，因為每次GC耗時通常會有巨大的偏差(也就是說，如果full GC的平均值為0.067s，可能意味著其中一次GC耗時1ms，而另外一次持續134ms)。為了能觀察每次GC的獨立耗時而非平均值，更好的方式是使用-verbosegc。

-verbosegc 是運行Java應用時的一個JVM選項。jstat可以監控任何JVM應用而無需指定啟動參數，-verbosegc去要在開啟應用時就指定好，所以看起來-verbosegc并不是一個必要的選項(因為可以使用jstat完成相同工作)。然而當GC發生時-verbosegc的輸出信息更容易理解，這對于監控煩雜的GC信息卻大于益處。

在使用-verbosegc時還可同時指定以下附加選項：

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-XX:+PrintHeapAtGC

-XX:+PrintGCDateStamps(JDK6U4引入的選項)

如果只是指定了-verbosegc選項，則默認會同時指定-XX:+PrintGCDetails。另外，-verbosegc的附加選項都可以組合使用。

使用-verbosegc后，當有minor GC發生時，輸出的數據格式如下：

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

下面是一個Full GC輸出的例子：

[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相關信息也會緊接著提供出來。

因為-verbosegc選項可以把每次GC發生時的信息都以log方式輸出，所以很容易觀察GC操作關后heap使用率的變化情況。

Java Virsual VM是Oracle JDK提供的一個GUI式的圖表/監控工具。

圖1：VirsualVM 界面

與內置在JDK中的版本不同，你可以在網站上多帶帶下載Virsual VM。方便起見，JDK內置的版本稱為Java VirsualVM(jvisualvm)，從網站上多帶帶下載的稱為Virsual VM(visualvm)。二者之間的特性并不完全一致，在一些方面(例如安裝插件等)會有細微的差別。就我個人而言，更偏向于使用多帶帶下載的Virsual VM。

啟動Visual VM后，如果你左側面板上選擇了希望監控的應用，就會看到"Monitoring"一欄。從Monitoring欄中可以獲得關于GC和內存堆的基本信息。

盡管能通過Visual VM的基本特性得到GC的基本狀態，但并不能像使用jstat和-verbosegc一樣獲得更詳細的信息。

如果想得到像jstat一樣的詳細信息，則需要安裝相應的Virsual VM插件。可以在Tools菜單里獲取Virsual GC插件。

圖2：Virsual GC安裝界面

通過Virsual GC，可以以更直觀的方式獲得jstatd提供的信息。

圖3：Virsual GC運行界面

HPJMeter是一個分析-verbosegc輸出結果的便捷工具。如果把Visual GC看作是jstat的GUI版本，那么HPJMeter則是-verbosegc的GUI版本。話說回來，GC分析只是HPJMeter提供的眾多特性之一。HPJMeter是HP公司開發的一款性能監控工具，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。自從HPJMeter 3.0開始便集成了HPTune，因此無需再多帶帶下載HPTune。

在應用運行過程中，-verbosegc的輸出結果可以重定向到一個多帶帶的文件中。

可以通過HPJMeter打開該文件，然后使用直觀的GUI界面便捷的分析GC數據。

圖4：HPJMeter

本章作為GC調優的鋪墊，著重于介紹了如何進行GC信息監控。一般情況我比較建議先使用jstat觀察GC操作，當發現有比較耗時的GC后，再通過-verbosegc來分析GC數據。因此GC調優的一般過程就是分析和對比使用不同GC選項后-verbosegc輸出結果的變化。下章將會通過真實案例來介紹進行GC調優的最佳選項。

作者：Sangmin Lee, 性能實驗室高級工程師，NHN公司