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利用JMX统计远程JAVA进程的CPU和Memory---jVM managerment API

来源:荣华软件   2018-09-28 09:38

从JAVA 5开始,JDK提供了一些JVM检测的API,这就是有名的java.lang.management 包,包里提供了许多MXBean的接口类,可以很方便的获取到JVM的内存、GC、线程、锁、class、甚至操作系统层面的各种信息,本文就简单的介绍 一种利用JMX对JAVA进程进行CPU、堆内存使用的监控。可能有人会觉得没必要这样做,因为用jconsole之类的工具都能做到,而且会比本文的例 子更详细。但是有些时候将console不一定能监控到作为系统服务的java进程,我最近就不得不自己编码去获取远程java进程的监控数据。希望能起 到抛砖引玉的作用吧。 

      首先,简要介绍下JMX(Java Management Extensions),即JAVA管理扩展,用来监视和管理JVM以及其运行的操作系统。目前java平台主要提供了下图所示的9个MXBean, 各个MXBean的作用根据类名大概能猜出几分,具体可查API。

java.lang.management包中的mxbean提供了基本的功能,在sum.com.management中对某些功能有所增强,当然我们也可以根据JMX规范提供自己的MXBean。


       下面我主要使用java.lang.management.MemoryMXBean和 sun.com.management.OperatingSystemMXBean分别对远程JAVA进行内存和cpu的监控。根据需求5秒钟读取一次 数据,内存主要是已使用的Heap Memory,CPU主要就是使用率了。


       在使用OperatingSystemMXBean以及MemoryMXBean之前,首先必须得到JMXConnector并创建 MBeanServerConnnection,有了这个connection我们就可以利用ManagementFactory创建需要的MXBean 了,类依赖图如下:


示例代码:

Java代码  收藏代码
  1. /* 
  2. * host: 远程机器的ip地址 
  3. * port: 远程java进程运行的jmxremote端口 
  4. */  
  5. JMXServiceURL serviceURL = new JMXServiceURL( host,port );  
  6. JMXConnector conn = JMXConnectorFactory.connect(serviceURL);  
  7. MBeanServerConnection mbs=conn.getMBeanServerConnection();  
  8.   
  9. //获取远程memorymxbean  
  10. MemoryMXBean memBean=ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy  
  11. (mbs,ManagementFactory.MEMORY_MXBEAN_NAME, MemoryMXBean.class);  
  12. //获取远程opretingsystemmxbean  
  13. com.sun.management.OperatingSystemMXBean opMXbean =   
  14. ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(mbs,                 
  15. ManagementFactory.OPERATING_SYSTEM_MXBEAN_NAME, OperatingSystemMXBean.class);

       然后,采集memory的数据就比较简单了,直接调用API获取:

Java代码  收藏代码
  1. /**    Collect data every 5 seconds      */  
  2. try {  
  3.     TimeUnit.SECONDS.sleep(5);  
  4. catch (InterruptedException e) {  
  5.     logger.error("InterruptedException occurred while MemoryCollector sleeping...");  
  6. }  
  7.   
  8. MemoryUsage heap = memBean  
  9. etHeapMemoryUsage();  
  10. MemoryUsage nonHeap = memBean  
  11. etNonHeapMemoryUsage();  
  12. long heapSizeUsed = heap.getUsed();//堆使用的大小  
  13. long nonHeapSizeUsed = nonHeap.getUsed();  
  14. long heapCommitedSize = heap.getCommitted();  
  15. long nonHeapCommitedSize = nonHeap.getCommitted();  
  16.                   

      采集CPU利用率需要自己计算一下,因为API只提供了获取cpu的使用时间,我得在两次系统时间间隔内获取两次CPU的使用时间,得到在该时间间隔内cpu使用的时间,相除即得到CPU的使用率,当然误差肯定存在。

计算cpu使用率代码  收藏代码
  1.         Long start = System.currentTimeMillis();  
  2.         long startT = opMXbean.getProcessCpuTime();  
  3.         /**    Collect data every 5 seconds      */  
  4.         try {  
  5.             TimeUnit.SECONDS.sleep(5);  
  6.         } catch (InterruptedException e) {  
  7.             logger.error("InterruptedException occurred while MemoryCollector sleeping...");  
  8.         }  
  9.         Long end = System.currentTimeMillis();  
  10.         long endT = opMXbean.getProcessCpuTime();  
  11. //end - start 即为当前采集的时间单元,单位ms  
  12. //endT - startT 为当前时间单元内cpu使用的时间,单位为ns  
  13. //所以:double ratio = (entT-startT)/1000000.0/(end-start)/opMXbean.getAvailableProcessors()  


      核心代码就是这些了,当然,具体使用的话应该用单独的线程分别取cpu、memory数据,读取的数据需要写文件或者画图,监控时间长的话还要定时的将这 些数据刷到磁盘文件或数据库中,等,这些都是题外话了。这边我写到excel中,然后在excel中图形展示,远程监控的程序不方便展示,仅仅来监控一段模拟cpu正弦曲线的程序 ,来看看我监控到的数据(图形)是否和预期一致,并与jconsole采到的有何差异:

被测程序,模拟cpu正弦曲线代码  收藏代码
  1. public class SinCpu {  
  2.   
  3.     public static final double TIME = 1000;  
  4.   
  5.     /**  
  6.      * @param args the command line arguments  
  7.      */  
  8.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
  9.             new Thread(new SinTask()).start();  
  10.     }  
  11.   
  12.       
  13.       
  14.    static class SinTask implements Runnable{  
  15.   
  16.         @Override  
  17.         public void run() {  
  18.             double x = 0;  
  19.             double y = 0;  
  20.   
  21.             while (true) {  
  22.                 y = (Math.sin(x) + 1) * TIME / 2;  
  23.                 doSomeSimpleWork(y);  
  24.                 x += 0.1;  
  25.                 try {  
  26.                     Thread.sleep((long) (TIME - y));  
  27.                 } catch (InterruptedException e) {  
  28.                     e.printStackTrace();  
  29.                 }  
  30.             }  
  31.         }  
  32.         private void doSomeSimpleWork(double y) {  
  33.             long startTime = System.currentTimeMillis();  
  34.             while ((System.currentTimeMillis() - startTime) < y) {  
  35.             }  
  36.         }  
  37.     }  
  38. }  


       监控结果基本和预期一样,CPU数据图呈现预期的正弦曲线:


上图中,第一个图是从jconsole监控图中截过来的,而下图是我利用opMXBean计算获得,两个图基本吻合,数据基本波动在0-25%是因为我测 试机器是四核的cpu,两个图像之间有位移是因为,我手动打开jconsole没有我程序监控来的快,所以大概图像平移下基本吻合。

        内存的测试应该比CPU还要准一些,这里就不贴了。Note: 如果监控的程序线程数量很大,cpu会有较明显误差,而且采的频率不够高的话可能有些点漏采。


最后:被测程序必须开放JMXREMOTE端口,具体使用参数:

-Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=[开放的端口]
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false



JVM本 身提供了一组管理的API,通过该API,我们可以获取得到JVM内部主要运行信息,包括内存各代的数据、JVM当前所有线程及其栈相关信息等等。各种 JDK自带的剖析工具,包括jps、jstack、jinfo、jstat、jmap、jconsole等,都是基于此API开发的。本篇对这部分内容进 行一个详细的说明。

参考:http://java.sun.com/javase/6/docs/api/java/lang/management/package-summary.html
一、Management API
我们先看一下从Sun JVM我们可以获取到哪些信息,如下图(来自于JConsole的MBean部分的截图):



1.HotSpotDiagnostic:非标准的监控JMX,这块是Sun JVM自带的,主要提供了两个功能

  • 修改JVM的启动参数(譬如在不需要重启的情况下设置-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数使得JVM内存不足的时候自动dump出堆空间到文件提供后续分析)
  • Dump堆信息到文件,可以猜测jmap工具是基于此功能来完成的

我们通过com.sun.management.HotSpotDiagnosticMXBean定义了解其主要功能

public interface HotSpotDiagnosticMXBean
{ void dumpHeap(String s, boolean flag) throws IOException; List getDiagnosticOptions(); VMOption getVMOption(String s); void setVMOption(String s, String s1);
} 

2.ClassLoading:加载的类的总体信息,我们可以通过此MBean获取到JVM加载的类定义的总体信息,可以猜测JConsole的类 功能就 是通过此MBean来提供的。我们可以通过java.lang.management.ClassLoadingMXBean定义了解其提供的主要功能

public interface ClassLoadingMXBean { public long getTotalLoadedClassCount(); public int getLoadedClassCount(); public long getUnloadedClassCount(); public boolean isVerbose(); public void setVerbose(boolean value);
} 

3.Compilation:提供JVM的JIT(Just In Time)编译器(将bytecode编译成native code)的信息,我们可以通过java.lang.management.CompilationMXBean定义了解其提供的主要功能

public interface CompilationMXBean { public java.lang.String getName(); public boolean isCompilationTimeMonitoringSupported(); public long getTotalCompilationTime();
} 

4.GarbageCollector:垃圾回收器信息,譬如在如上图中,我们启动的JVM会包含一个Copy垃圾回收器(用于Young Gen垃圾回收)和一个MarkAndSweep垃圾回收器(用于Tenured Gen垃圾回收)。我们可以通过java.lang.management.GarbageCollectorMXBean定义了解其提供的主要功能

public interface GarbageCollectorMXBean extends MemoryManagerMXBean { public long getCollectionCount(); public long getCollectionTime();
} 

java.lang.management.MemoryManagerMXBean定义是

public interface MemoryManagerMXBean { public String getName(); public boolean isValid(); public String[] getMemoryPoolNames();
} 

除了如上信息,Sun JVM在实现上还提供了一个额外的信息LastGCInfo,见com.sun.management.GarbageCollectorMXBean定义

public interface GarbageCollectorMXBean extends java.lang.management.GarbageCollectorMXBean
{ GcInfo getLastGcInfo();
} 

我们可以通过下面的截图了解GcInfo包含的主要信息



其中java.lang.management.MemoryUsage后续可以看说明
5.内存相关
可以猜测,JConsole的内存部分的功能都是通过此部分的相关Bean来完成的。
1)Memory/MemoryManager:内存块相关信息,通过这MBean我们可以获取到内存的总体信息,并可以通过提供的gc操作进行强制gc 的功能(System.gc())。我们可以通过java.lang.management.MemoryMXBean和 java.lang.management.MemoryManagerMXBean了解其主要提供的功能

public interface MemoryMXBean { public int getObjectPendingFinalizationCount(); public MemoryUsage getHeapMemoryUsage(); public MemoryUsage getNonHeapMemoryUsage(); public boolean isVerbose(); public void setVerbose(boolean value); public void gc();
} 

其中java.lang.management.MemoryUsage我们可以通过下图来了解其提供的主要信息



public interface MemoryManagerMXBean { public String getName(); public boolean isValid(); public String[] getMemoryPoolNames();
} 

2)MemoryPool:通过该MBean可以了解JVM各内存块的信息,譬如对于Sun JVM,目前包括Eden Space、Suvivor Space、Tenured Gen、CodeCache、Perm Gen,可以猜测JConsole的内存监控功能就是通过此MBean来做到的。我们可以通过 java.lang.management.MemoryPoolMXBean了解其主要提供的功能

public interface MemoryPoolMXBean { public String getName(); public MemoryType getType(); public MemoryUsage getUsage(); public MemoryUsage getPeakUsage(); public void resetPeakUsage(); public boolean isValid(); public String[] getMemoryManagerNames(); public long getUsageThreshold(); public void setUsageThreshold(long threshold); public boolean isUsageThresholdExceeded(); public long getUsageThresholdCount(); public boolean isUsageThresholdSupported(); public long getCollectionUsageThreshold(); public void setCollectionUsageThreshold(long threhsold); public boolean isCollectionUsageThresholdExceeded(); public long getCollectionUsageThresholdCount(); public MemoryUsage getCollectionUsage(); public boolean isCollectionUsageThresholdSupported();
} 

6.系统运行信息
1)OperatingSystem:通过该MBean我们可以了解到JVM所运行在的操作系统上的一些相关信息,通过java.lang.management.OperatingSystemMXBean定义我们可以了解到其主要提供的功能

public interface OperatingSystemMXBean { public String getName(); public String getArch(); public String getVersion(); public int getAvailableProcessors(); public double getSystemLoadAverage();
} 

SunJVM在此基础上提供更多的一些信息,可以通过com.sun.management.OperatingSystemMXBean了解一些额外可以获取到的信息

public interface OperatingSystemMXBean extends java.lang.management.OperatingSystemMXBean
{ long getCommittedVirtualMemorySize(); long getTotalSwapSpaceSize(); long getFreeSwapSpaceSize(); long getProcessCpuTime(); long getFreePhysicalMemorySize(); long getTotalPhysicalMemorySize();
} 

2)Runtime:通过该MBean获取获取到JVM一些相关的信息,通过java.lang.management.RuntimeMXBean可以了解其主要提供的功能

public interface RuntimeMXBean { public String getName(); public String getVmName(); public String getVmVendor(); public String getVmVersion(); public String getSpecName(); public String getSpecVendor(); public String getSpecVersion(); public String getManagementSpecVersion(); public String getClassPath(); public String getLibraryPath(); public boolean isBootClassPathSupported(); public String getBootClassPath(); public java.util.ListgetInputArguments(); public long getUptime(); public long getStartTime(); public java.util.Map getSystemProperties();
} 

可以通过RuntimeMXBean.getUptime()和OperatingSystemMXBean. getProcessCpuTime()来计算JVM占用的系统CPU比例的情况,JConsole的CPU视图就是通过这种方式计算的。
7.Threading:可以通过该MBean获取线程信息,包括线程状态、执行栈等。可以通过java.lang.management.ThreadMXBean了解其提供的主要功能

public interface ThreadMXBean { public int getThreadCount(); public int getPeakThreadCount(); public long getTotalStartedThreadCount(); public int getDaemonThreadCount(); public long[] getAllThreadIds(); public ThreadInfo getThreadInfo(long id); public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids); public ThreadInfo getThreadInfo(long id, int maxDepth); public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids, int maxDepth); public boolean isThreadContentionMonitoringSupported(); public boolean isThreadContentionMonitoringEnabled(); public void setThreadContentionMonitoringEnabled(boolean enable); public long getCurrentThreadCpuTime(); public long getCurrentThreadUserTime(); public long getThreadCpuTime(long id); public long getThreadUserTime(long id); public boolean isThreadCpuTimeSupported(); public boolean isCurrentThreadCpuTimeSupported(); public boolean isThreadCpuTimeEnabled(); public void setThreadCpuTimeEnabled(boolean enable); public long[] findMonitorDeadlockedThreads(); public void resetPeakThreadCount(); public long[] findDeadlockedThreads(); public boolean isObjectMonitorUsageSupported(); public boolean isSynchronizerUsageSupported(); public ThreadInfo[] getThreadInfo(long[] ids, boolean lockedMonitors, boolean lockedSynchronizers); public ThreadInfo[] dumpAllThreads(boolean lockedMonitors, boolean lockedSynchronizers);
} 

二、编程获取到JVM Manage信息
我们可以通过JMX的方式读取到JVM Manage定义的MBean,如下是3种获取方法
1.监控应用与被监控应用位于同一JVM

MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer(); RuntimeMXBean rmxb = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(server, "java.lang:type=Runtime", RuntimeMXBean.class); 

2.监控应用与被监控应用不位于同一JVM
1)首先在被监控的JVM的启动参数中加入如下的启动参数以启JVM代理

-Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=127.0.0.1:8000 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false

2)连接到代理上

JMXServiceURL url = new JMXServiceURL( "service:jmx:rmi:///jndi/rmi://127.0.0.1:8000/jmxrmi"); JMXConnector connector = JMXConnectorFactory.connect(url); RuntimeMXBean rmxb = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(connector
.getMBeanServerConnection(),"java.lang:type=Runtime",
RuntimeMXBean.class); 

3.监控应用与被监控应用不位于同一JVM但在同一物理主机上(2的特化情况,通过进程Attach)
我们使用JDK工具,如jmap、jstack等的时候,工具所在的JVM当然与被监控的JVM不是同一个,所以不能使用方式1,被监控的JVM一般也不 会在启动参数中增加JMX的支持,所以方式2也没有办法。还好Sun JVM给我们提供了第3种非标准的方式,就是通过Attach到被监控的JVM进程,并在被监控的JVM中启动一个JMX代理,然后使用该代理通过2的方 式连接到被监控的JVM的JMX上。下面是一个使用范例,由于里面使用到的知识涉及到Java Instrutment(JVMTI的一个技术的Java实现)和Attach API,因此此处不做详细解析,在后续看完Java Instrutment和Attach API自然就会明白。(注意,仅在JDK6+中支持,另外,运行需要jdk的tools.jar包)

//Attach 到5656的JVM进程上,后续Attach API再讲解
VirtualMachine virtualmachine = VirtualMachine.attach("5656"); //让JVM加载jmx Agent,后续讲到Java Instrutment再讲解 String javaHome = virtualmachine.getSystemProperties().getProperty("java.home"); String jmxAgent = javaHome + File.separator + "lib" + File.separator + "management-agent.jar";
virtualmachine.loadAgent(jmxAgent, "com.sun.management.jmxremote"); //获得连接地址
Properties properties = virtualmachine.getAgentProperties(); String address = (String)properties.get("com.sun.management.jmxremote.localConnectorAddress"); //Detach
virtualmachine.detach();
JMXServiceURL url = new JMXServiceURL(address);
JMXConnector connector = JMXConnectorFactory.connect(url);
RuntimeMXBean rmxb = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(connector
.getMBeanServerConnection(), "java.lang:type=Runtime",RuntimeMXBean.class); 

三、结束语
可以看到,通过标准的接口,我们已经可以获得运行的JVM很详细的信息,从运行JVM、操作系统,到内存、GC和线程,通过这些标准的接口我们已经可以对 JVM进行功能完善的监控。但是仅此是不够的,这部分接口描述的主要是JVM的总体性的信息,而无法提供更多的细节。在下一部分,我们将使用JPDA来更 深入地了解JVM内部信息更细节的信息,并了解我们如何通过JVM TI实现自动的性能监控


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