功能强大、多合一，Java性能调优VisualVM多合一工具

VisualVM多合一工具

VisualVM是一个功能强大的多合一故障诊断和性能监控的可视化工具。它集成了多种性能统计工具的功能，使用VisualVM可以代替jstat、jmap、jhat、jstack甚至是JConsole。在JDK6update7以后，VisualVM便作为JDK的一部分被发布出来，它完全免费。

VisualVM也可以作为独立的软件进行安装，读者可以在http://visualvm.java.net上下载并安装VisualVM的最新版本。

在本节的介绍中，笔者所使用的VisualVM事先安装了一些必要的插件，为了保持功能上的一致，读者也可以安装图6.34所示的插件。

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VisualVM插件的安装非常容易。既可以通过离线下载插件文件*.nbm，然后在Plugin对话框的Downloaded选项卡中，添加已下载的插件，如图6.35所示；也可以在AvailablePlugin选项卡中在线安装插件。

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一，VisualVM连接应用程序

VisualVM支持多种方式连接应用程序，最常用的就是本地连接。只要本地计算机内有Java应用程序正在执行，在VisualVM的Local节点下就会出现这些应用。

双击应用或者右击应用，选择Open命令，就能够监控应用程序的运行情况，如图6.36所示。由于VisualVM本身也是Java应用程序，因此其自身也在列表内。

除了本地连接外，VisualVM也支持远程JMX连接。Java应用程序可以通过以下参数打开JMX端口：

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可以选择如图6.37所示的命令来添加JMX连接。

然后在弹出的对话框中输入远程计算机地址、端口，如图6.38所示。如果需要验证，则再输入用户名和密码。

添加成功后，在Local节点下就会出现一个带有JMX图标的应用程序，如图6.39所示。图中的两个应用程序分别通过本地方式与JMX方式进行连接，两者的标识图标是不同的。

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VisualVM还支持添加远程主机。远程主机可以通过jstatd工具建立，如使用以下命令开启jstatd服务器：

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接着在VisualVM中添加远程主机，如图6.40所示。然后在Hostname（主机名）文本框中输入正确的计算机名称或者IP地址。连接成功后，在Remote节点下即可显示远程计算机上的Java应用程序，如图6.41所示。

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二，监控应用程序概况

通过VisualVM，可以查看应用程序的基本情况，例如进程ID、MainClass、启动参数等，如图6.42所示。

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单击Tab页面上的Monitor页面（图中未显示），即可监控应用程序CPU、堆、永久区、类加载和线程数的总体情况，如图6.43所示。通过单击页面上的PerformGC和HeapDump按钮，还可以手工执行FullGC操作和生成堆快照。

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注意：VisualVM将CPU使用率、堆信息、永久区信息、线程及类加载情况作了图形化的展示，方便开发人员查看。

三，ThreadDump和分析

VisualVM的Thread页面（如图6.44所示）可以提供详细的线程信息。单击ThreadDump按钮可以导出当前所有线程的堆栈信息。在左下角的Threadsinspector区域，选中相应的线程也可以只导出选中线程的堆栈信息。

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注意：VisualVM的Thread页面提供了详细的线程信息。该页面还会进行自动死锁监测，一旦发现存在死锁现象，便会提示用户。

四，性能分析

VisualVM有两个采样器。在Sampler页面下显示了CPU和内存两个性能采样器，用于实时地监控程序信息。CPU采样器可以将CPU占用时间定位到方法，内存采样器可以查看当前程序的堆信息。

下例是一个模拟函数频繁调用的Java程序。getNameById()为底层函数，被getNames-ByIds()和getNamesByIdsBad()函数频繁调用。

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通过VisualVM的采样功能，可以找到该程序中占用CPU时间最长的函数，如图6.46所示。可以看到getNameById()函数占用了大量的CPU时间。

注意：VisualVM虽然可以统计函数调用的时间，但是无法给出函数调用堆栈。因此，通过VisualVM还是无法确定一个函数被谁调用了多少次。

在VisualVM的默认统计信息中，并不包含JDK的内置对象的函数调用统计，例如java.*包中的类。如果需要统计JDK内的函数调用情况，需要选中右上角的Settings复选框手工进行配置。图6.47增加了对java.lang.String的函数调用统计信息。

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通过内存采样器，可以实时查看系统中实例的分布情况，如图6.48所示。随着程序的运行，VisualVM会实时更新这些数据，动态显示各个类所占用的内存大小。

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五，快照

VisualVM可以保存某一个时刻应用程序的瞬时运行情况，包括程序的堆信息、线程堆栈等。通过图6.49所示的操作，可以保存当前应用程序的整体快照信息。保存后的快照可以另存为文件，以供日后分析使用，如图6.50所示。

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六，内存快照分析

通过右击图6.51中选中的项，在弹出的快捷菜单中选择HeapDump命令，可以立即获得当前应用程序的内存快照。

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内存快照分析功能如图6.52所示，在顶部的Tab页中提供了4个基本功能页：Summary、Classes、Instances和OQLConsole（OQL控制台）。下面分别介绍它们。

（1）Summary页面展示当前内存的整体信息，包括内存大小、实例总数、类总数等。

（2）在Classes页面中，以类为索引，显示每个类的实例数占用空间。在Classes页面中还可以对两个不同的内存快照文件进行比较，这个功能可以帮助开发者快速分析同一应用程序在运行的不同时刻，内存数据产生的变化，如图6.52所示。

在Classes页面中，如果需要获取指定类的更多信息，可以右击该类，选择showinInstancesView命令进入该类的实例页面，如图6.53所示。

（3）Instances页面将显示指定类的所有实例。开发者可以查看当前内存中内存数据的实际内容。图6.54所示为查看String对象实例页面的部分内容。可以看到，系统中所有的String对象都被一一罗列出来，并且可以看到所有对象的具体数据。

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在右下角的References页面可以查看系统中引用这个实例的对象，展示对象间的引用关系。

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（4）OQL控制台（OQLConsole）提供了更为强大的对象查询功能。有关VisualVM的OQL支持，将在后续章节进行详细阐述。

注意：通过VisualVM提供的内存快照分析工具，可以查看堆快照内的类信息和对象信息。

七，MBean管理功能

VisualVM可以通过插件集成JConsole的MBean管理功能，图6.55所示为在VisualVM中使用MBean管理功能。

注意：VisualVM的MBean管理功能和JConsole是完全一致的。

八，TDA的使用

TDA是ThreadDumpAnalyzer的缩写，是一款线程快照分析工具。当使用jstack或者VisualVM等工具取得线程快照文件后，通过文本编辑器查看和分析线程快照文件是一件非常艰难的事情。而TDA的功能就在

于帮助开发者分析导出的线程快照。TDA可以在 http://java.net/projects/tda/上下载。

TDA可以作为一款单独的软件运行，也可以作为VisualVM的插件运行。当作为单独的软件运行时，只需要使用TDA打开线程快照文件即可。当作为VisualVM插件运行时，只要在VisualVM中导出当前线程快照，TDA就会自动启动并分析快照文件。TDA运行时的界面如图6.56所示。

由图6.56可以看到，TDA将文本信息进行了分析和整理，以树、表格的形式显示这些信息。通过TDA，可以方便地查看哪些线程持有哪些对象锁。通过Monitors节点，可以显示所有的锁信息，并查看持有该锁的线程。

注意：TDA实际上是一个文本分析工具，它将线程快照的文本信息经过整理和统计，以图形化的方式展现出来，方便开发人员进行数据分析。

九，BTrace简介

BTrace是一款非常有意思的工具，它可以在不停机的情况下，通过字节码注入，动态监控系统的运行情况。它可以跟踪指定的方法调用、构造函数调用和系统内存等信息。本节在参考BTrace用户手册的基础上，着眼于实际应用，选取较为实用的几个BTrace脚本，演示BTrace工具强大的功能。

在VisualVM中安装BTrace插件后，便可以针对Java应用程序执行BTrace脚本了。在Java应用程序的节点上右击，选择快捷菜单中的Traceapplication命令即可进入BTrace插件界面，如图6.57所示。

​图6.57选择Traceapplication命令

BTrace界面主要分为上下两部分，上半部分为代码区，下半部分为输出结果。在代码区中完成BTrace脚本的编写，单击Start按钮即可将BTrace脚本注入选中的应用程序中；程序输出结果将在下半部分显示，如图6.58所示。

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本节使用的目标测试程序如下，该程序周期性地进行文件读写操作。下文中，将使用BTrace对该程序进行监控。

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1．监控指定函数耗时

使用BTrace脚本可以通过正则表达式，指定监控特定类的特定方法的耗时。以下代码将监控所有类中名为writeFile()的方法的执行时间。

以上脚本使用@OnMethod注解指定要监控的类和方法名称。它在方法开始运行时记录方法的起始执行时间，在方法返回时记录方法的终止时间，从而计算方法的运行耗时。将这段脚本注入样例目标程序，部分输出结果如下：

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注意：通过BTrace脚本，可以监控指定的某一个方法的运行耗时。

2．取得任意行代码信息

通过BTrace脚本的@Location注解，可以指定程序运行到某一行代码时触发某种行为。下例显示了通过BTrace脚本，获取BTraceTest类第26行代码的信息（当目标程序运行到第26行时，触发BTrace脚本）。

以上脚本在目标程序运行到第26行时触发，并打印该行信息。该脚本的部分输出结果如下：

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由脚本输出可以看到，BTrace正确识别了BTraceTest类的第26行代码，正处于readFile()函数的运行区间中。若将@Location中line的值设置为-1，则BTrace脚本将在每一行触发。

3．定时触发

BTrace脚本支持定时触发，可以周期性地执行某种行为，以获取系统信息。下例使用@OnTimer注解分别制定两个周期性任务，分别为每秒运行一次和每3s运行一次。

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在脚本的第6行，指定一个每秒运行一次的任务，并打印虚拟机的启动时间。在第12行，指定一个每3s运行一次的任务，每次都将导出系统的线程快照。

注意：通过BTrace可以在当前应用程序中定时获取一些运行时的系统信息。

4．监控函数参数

BTrace可以在运行时，监控传递给指定类的指定方法的参数，以获取应用系统执行时的内部细节信息，帮助程序排错和调优。

以上脚本监控BTraceTest类的writeFile()方法，并在每次方法调用时输出系统传递给该方法的参数。程序的部分输出结果如下：

加粗部分即为writeFile()方法的接收参数。通过BTrace在不影响系统正常运行的情况下，捕获了所有指定方法的调用及传入参数。

注意：BTrace可以跟踪指定方法的传入参数，获取方法的参数值，这对于现场问题排查会很有帮助。

5．监控文件

通过对I/O函数的监控，BTrace还可以捕获系统的I/O情况。下例中，通过BTrace脚本对FileInputStream和FileOutputStream对象进行监控，输出程序在运行时通过FileInputStream和FileOutputStream读取和写入的文件。

脚本中截获了FileOutputStream和FileInputStream的构造函数，记录读写的文件名称并将其输出。部分输出结果如下：

注意：在本例中，BTrace通过截获FileOutputStream和FileInputStream构造函数的方式监控文件I/O操作。如果文件I/O没有通过这两个构造函数发起，那么就无法通过这个脚本获得相关文件信息。