Java性能调优六大工具之Linux命令行工具
为了能准确获得程序的性能信息，需要使用各种辅助工具。本章将着重介绍用于系统性能分析的各种工具。熟练掌握这些工具，对性能瓶颈定位和系统故障排查都很有帮助。

• 1，Linux命令行工具
• 2， Windows工具
• 3，JDK命令行工具
• 4，JConsole工具
• 5， Visual VM多合一工具
• 6，MAT内存分析工具

Linux命令行工具

Linux平台是使用最为广泛的服务器平台之一，不少Java端程序都运行在类Linux平台（如AIX、Solaris等）上。不同的类Linux操作系统的很多命令都非常相似，不少命令仅有一些细节上的差异。本节主要介绍用于Linux平台的性能收集和统计工具。

一，top命令
top命令是Linux平台上常用的性能分析工具， 能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况。 top命令的部分输出结果如下：

 

top命令的输出结果可以分为两个部分： 前半部分是系统统计信
息， 后半部分是进程信息。
在统计信息中， 第1行是任务队列信息， 它的结果等同于uptime命
令。 从左到右依次表示： 系统当前时间、 系统运行时间、 当前登录用户
数及系统的平均负载（使用load average表示） 。 系统的平均负载即任务
队列的平均长度， 这3个值分别表示1min、 5min、 15min到现在的平均
值。
第2行是进程统计信息， 包括总进程数、 正在运行的进程数、 睡眠
进程数、 停止的进程数和僵尸进程数。 第3行是CPU的统计信息： us表
示用户空间CPU占用率； sy表示内核空间CPU占用率； ni表示用户进程
（改变过优先级的进程） CPU占用率； id表示空闲CPU占用率； wa表示
等待输入/输出的CPU时间百分比； hi表示硬件中断请求的CPU时间百分
比； si表示软件中断请求的CPU时间百分比； st表示在虚拟机中运行时
等待CPU的时间。 在Mem行中， 从左到右依次表示物理内存总量、 已使
用的物理内存、 空闲物理内存和内核缓冲的使用量。 Swap行依次表示
交换区总量、已使用的交换区大小、空闲交换区大小和缓冲交换区大小。

top命令输出结果的后半部分是进程信息区，显示系统内各个进程的资源使用情况。在Top命令的输出结果中，可能出现的列及其含义如下（因为代码或开发环境不同，以下列不一定全部显示）：

• ·PID：进程ID。
• ·PPID：父进程ID。
• ·UID：进程所有者的用户ID。
• ·USER：进程所有者的用户名。
• ·GROUP：进程所有者的组名。
• ·TTY：启动进程的终端名。不是从终端启动的进程则显示为“？”。
• ·PR：优先级。
• ·NI：nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级。
• ·P：最后使用的CPU，仅在多CPU环境中有意义。
• ·%CPU：上次更新到现在的CPU时间占用百分比。
• ·TIME：进程使用的CPU时间总计，单位为秒。
• ·TIME+：进程使用的CPU时间总计，单位为1/100s。
• ·%MEM：进程使用的物理内存百分比。
• ·VIRT：进程使用的虚拟内存总量，单位为KB，VIRT=SWAP+RES。
• ·SWAP：进程使用的虚拟内存中被换出的大小，单位为KB。
• ·RES：进程使用的未被换出的物理内存大小，单位为KB，RES=CODE+DATA。·CODE：可执行代码占用的物理内存大小，单位为KB。
• ·DATA：可执行代码以外的部分（数据段＋栈）占用的物理内存大小，单位为KB。
• ·SHR：共享内存大小，单位为KB。·nFLT：页面错误次数。·nDRT：最后一次写入到现在被修改过的页面数。
• ·S：进程状态。D表示不可中断的睡眠状态，R表示运行，S表示睡眠，T表示跟踪或停止，Z表示僵尸进程。
• ·COMMAND：命令名/命令行。
• ·WCHAN：若该进程在睡眠，则显示睡眠中的系统函数名。
• ·Flags：任务标志，参考sched.h。

在top命令下按F键可以进行列的选择，按O键可以更改列的显示顺序。此外，top命令还有以下一些实用的交互指令。

• ·H：显示帮助信息。
• ·K：终止一个进程。
• ·Q：退出程序。
• ·C：切换显示命令的名称和完整的命令行。
• ·M：根据驻留内存大小进行排序。
• ·P：根据使用CPU的百分比大小进行排序。
• ·T：根据时间/累计时间进行排序。
• ·数字1：显示所有CPU的负载情况。

注意：使用top命令可以从宏观上观察系统的各个进程对CPU的占用情况及内存使用情况。

二，sar命令

sar命令也是Linux系统中重要的性能监测工具之一，它可以周期性地对内存和CPU使用情况进行采样。基本语法如下：

 interval和count分别表示采样周期和采样数量。options选项可以指定sar命令对哪些性能数据进行采样（不同版本的sar命令选项可能有所不同，可以通过sar-h命令查看）。

• ·-A：所有报告的总和。
• ·-u：CPU的利用率。
• ·-d：硬盘使用报告。
• ·-b：I/O的情况。
• ·-q：查看队列长度。
• ·-r：内存使用统计信息。
• ·-n：网络信息统计。
• ·-o：采样结果输出到文件。

下面的代码使用sar命令统计CPU的使用情况，每秒采样一次，共采样3次。

 下面的代码用于获取内存的使用情况。

 

下面的代码用于获取I/O信息。

 注意：sar命令可以查看I/O信息、内存信息及CPU的使用情况。

三，vmstat命令

vmstat也是一款功能比较齐全的性能监测工具，它可以统计CPU、内存及swap的使用情况等信息。和sar工具类似，vmstat也可以指定采样周期和采样次数。下面的代码表示每秒采样一次，共计3次。

 输出结果中，各列含义如表所示。

vmstat命令输出结果的含义

 以下代码显示了一个线程切换频繁的Java程序。

 使用vmstat工具监控上述Java程序的执行情况：

 

通过加粗部分可以看到，系统有着很高的cs值（上下文切换）和us值（用户CPU使用时间），表明系统的上下文切换频繁，用户CPU占用率很高。

注意：vmstat工具可以查看内存、交互分区、I/O操作、上下文

切换、时钟中断及CPU的使用情况。

四，iostat命令

iostat命令可以提供详尽的I/O信息。它的基本使用方式如下：

 以上命令显示了CPU的使用概况和磁盘I/O的信息。对输出信息每秒采样1次，合计采样两次。如果只需要显示磁盘情况，不需要显示CPU使用情况，则可以使用以下命令：

 -d 表示输出磁盘的使用情况。在输出结果中，各个列的含义如下：

• ·tps：该设备每秒的传输次数。
• ·kB_read/s：每秒从设备读取的数据量。
• ·kB_wrtn/s：每秒向设备写入的数据量。
• ·kB_read：读取的总数据量。
• ·kB_wrtn：写入的总数据量。

如果需要得到更多的统计信息，可以使用-x选项。例如：

 注意：磁盘I/O很容易成为系统性能的瓶颈。通过iostat命令可以

快速定位系统是否产生了大量的I/O操作。

pidstat工具

pidstat是一个功能强大的性能监测工具，它也是Sysstat的组件之一。读者可以

在
http://www.icewalkers.com/Linux/Software/59040/Sysstat.html上下载这个工具。下载后，通过./configure、make和makeinstall三个命令即可安装pidstat工具。pidstat的强大之处在于，它不仅可以监视进程的性能情况，也可以监视线程的性能情况。本小节将详细介绍pidstat的功能。

1．CPU使用率监控

下面是一个简单的占用CPU的程序，它开启了4个用户线程，其中1个线程大量占用CPU资源，其他3个线程则处于空闲状态。

 运行以上程序，要监控该程序的CPU使用率，可以先使用jps命令找到Java程序的PID，然后使用pidstat命令输出程序的CPU使用情况。执行命令如下：

 其中，pidstat的参数-p用于指定进程ID，-u表示对CPU使用率的监控，最后的参数1和3分别表示每秒采样1次与合计采样3次。从输出结果中可以看到，该应用程序的CPU占用率几乎达到100%。pidstat的功能不仅限于观察进程信息，它还可以进一步监控线程的信息，执行命令如下：

 该命令的部分输出结果如下：

 

-t参数将系统性能的监控细化到线程级别。从输出结果中可以看到，该Java应用程序之所以占用如此高的CPU，是因为线程1204的缘故。

注意：使用pidstat工具不仅可以定位到进程，甚至可以进一步定位到线程。

使用以下命令可以导出指定Java应用程序的所有线程。

 在输出的t.txt文件中可以找到这样一段输出内容：

从加粗的文字可以看到，这个线程正是HoldCPUTask类，它的nid（nativeID）为0x4b4，转为十进制后正好是1204。

通过这个方法，开发人员可以使用pidstat很容易地捕获在Java应用程序中大量占用CPU的线程。

2．I/O使用监控

磁盘I/O也是常见的性能瓶颈之一。使用pidstat也可以监控进程内线程的I/O情况。下面的代码开启了4个线程，其中，线程HoldIOTask产生了大量的I/O操作。

 在程序运行过程中，使用以下命令监控程序I/O的使用情况：

 其中，22796是通过jps命令查询到的进程ID，-d参数表明监控对象为磁盘I/O，1和3分别表示每秒采样1次，合计采样3次。

从输出结果中可以看到，进程中的22813（0x591D）线程产生了大量的I/O操作。通过前文中提到的jstatck命令可以导出当前线程的堆栈，查找nid为22813（0x591D）的线程，即可定位到HoldIOTask线程。

注意：使用pidstat命令可以查看进程和线程的I/O信息。

3．内存监控

使用pidstat命令还可以监控指定进程的内存使用情况。下面的代码使用pidstat工具对进程ID为27233的进程进行内存监控，每秒刷新1次，共进行5次统计。

 输出结果中各列含义如下：

• ·minflt/s：该进程每秒错误（不需要从磁盘中调出内存页）的总数。
• ·majflt/s：该进程每秒错误（需要从磁盘中调出内存页）的总数。
• ·VSZ：该进程使用的虚拟内存大小，单位为KB。
• ·RSS：该进程占用的物理内存大小，单位为KB。
• ·%MEM：占用内存比率。

注意：pidstat工具是一款多合一的优秀工具，它不仅可以监控CPU、I/O和内存资源，甚至可以将问题定位到相关线程，以方便进行应用程序故障排查。