HPROF: 一個Heap/CPU Profiling工具


http://blog.csdn.net/ae86_fc/article/details/5960719

J2SE中提供了一個簡單的命令行工具來對java程序的cpu和heap進行 profiling,叫做HPROF。HPROF實際上是JVM中的一個native的庫,它會在JVM啟動的時候通過命令行參數來動態加載,並成為 JVM進程的一部分。若要在java進程啟動的時候使用HPROF,用戶可以通過各種命令行參數類型來使用HPROF對java進程的heap或者 (和)cpu進行profiling的功能。HPROF產生的profiling數據可以是二進制的,也可以是文本格式的。這些日志可以用來跟蹤和分析 java進程的性能問題和瓶頸,解決內存使用上不優的地方或者程序實現上的不優之處。二進制格式的日志還可以被JVM中的HAT工具來進行瀏覽和分析,用 以觀察java進程的heap中各種類型和數據的情況。

在J2SE 5.0以后的版本中,HPROF已經被並入到一個叫做Java Virtual Machine Tool Interface(JVM TI)中。


HPROF的啟用



HPROF可以用來展示和跟蹤cpu的使用情況,內存分配的統計數據等。不僅如此,它還支持對 java進程完整的內存dump,所有線程的monitor stats數據。HPROF被啟用的方式可以如下:
java -agentlib:hprof[=options] ToBeProfiledClass
或者
java -Xrunhprof[:options] ToBeProfiledClass
HPROF如何構建java進程,並發送進程的jvm profiling信息,取決於HPROF在JVM啟動時從命令行獲取的參數指令。比如,以下指令將會獲取java進程的heap allocation的profile:
java -agentlib:hprof=heap=sites ToBeProfiledClass

HPROF 可以被指定的參數非常的多,以下是完整的列表:

java -agentlib:hprof=help


        HPROF: Heap and CPU Profiling Agent (JVM TI Demonstration Code)

    hprof usage: java -agentlib:hprof=[help]|[<option>=<value>, ...]

    Option Name and Value  Description                    Default
    ---------------------  -----------                    -------
    heap=dump|sites|all    heap profiling                 all
    cpu=samples|times|old  CPU usage                      off
    monitor=y|n            monitor contention             n
    format=a|b             text(txt) or binary output     a
    file=<file>            write data to file             java.hprof[.txt]
    net=<host>:<port>      send data over a socket        off
    depth=<size>           stack trace depth              4
    interval=<ms>          sample interval in ms          10
    cutoff=<value>         output cutoff point            0.0001
    lineno=y|n             line number in traces?         y
    thread=y|n             thread in traces?              n
    doe=y|n                dump on exit?                  y
    msa=y|n                Solaris micro state accounting n
    force=y|n              force output to <file>         y
    verbose=y|n            print messages about dumps     y

    Obsolete Options
    ----------------
    gc_okay=y|n

    Examples
    --------
     - Get sample cpu information every 20 millisec, with a stack depth of 3:
         java -agentlib:hprof=cpu=samples,interval=20,depth=3 classname
     - Get heap usage information based on the allocation sites:
         java -agentlib:hprof=heap=sites classname

默認情況下,java進程profiling的信息(sites和dump)都會被 寫入到一個叫做java.hprof.txt的文件中。大多數情況下,該文件中都會對每個trace,threads,objects包含一個ID,每一 個ID代表一個不同的觀察對象。通常,traces會從300000開始。

默認,force=y,會將所有的信息全部輸出到output文件中,所以如果含有 多個JVMs都采用的HRPOF enable的方式運行,最好將force=n,這樣能夠將單獨的JVM的profiling信息輸出到不同的指定文件。

interval選項只在 cpu=samples的情況下生效,表示每隔多少毫秒對java進程的cpu使用情況進行一次采集。

msa選項僅僅在Solaris系統下才有效, 表示會使用Solaris下的Micro State Accounting功能

Examples



我們可以自己寫一個java應用程序,但是例子 里將使用一個J2SE中已有的java應用程序,javac。

Heap Allocation Profiles(heap=sites)



以下是對一個java代碼文件運行java編譯 器javac的heap allocation profile日志的一部分:
Command used: javac -J-agentlib:hprof=heap=sites Hello.java
從日志中可以看到程序在運行的每一個部分都消耗了多少內存的heap profile數據。以上日志可以看出,整個程序的heap中有44.73%的被分配給了java.util.zip.ZipEntry對象。同時可以觀 察到,live data的數量跟所有allocated的總數是匹配atch的,這就說明GC可能在HPROF遍歷整個heap搜集信息的很短的時間之前已經做過一次內 存回收了。通常情況下,live data的數量是會稍微少於所有allocated的總數的。
   
Heap Dump (heap=dump)



該選項用來對java進程的heap進行進行完 全的dump:
Command used: javac -J-agentlib:hprof=heap=dump Hello.java
這樣會產生一個非常大的輸出文件,但是可以用任 何編輯器進行打開和搜索。但是,更好的觀察和分析辦法是通過HAT來進行分析和觀察。所有用heap=sites選項中獲取的信息這里也都可以獲取到。另 外還加上一些特別的細節數據。如對每個對象的內存分配以及其引用的其他所有的對象。
該選項會使用很多的內存,因為它會將所有對象的 內存分配情況全部記錄下來,同時也可能會影響到應用程序本身的性能,因為數據的產生會影響對象分配和資源回收。

CPU Usage Sampling Profiles (cpu=samples)



HPROF可以用來搜集java進程中各個threads的cpu使用情況:
HPROF會對java進程中所有的threads進行周期性的stack traces采集。以上count一列就表示在采集中有多少次的stack trace被HPROF發現,並且是active的(而不是指一個method被執行了多少次)。這些stack traces包括cpu的使用,哪些是cpu消耗熱點。
那么以上日志中可以看出什么信息呢?第一,統計數據的樣本數據是很少的,只有126次的采樣,如 果是比較大的程序編譯,那么應該能夠產生更有代表性的數據。第二,該數據跟以上對heap=sites的采集數據比較匹配,ZipFile耗費了比較多的 cpu時間和調用次數。在以上采集中,可以發現,跟ZipFile相關的的性能在javac中都會消耗的比較高,該ZipFile的stack trace如下:

CPU Usage Times Profile (cpu=times)



HPROF可以通過對java應用程序的各個方 法中注入code的方式來搜集各個method的執行情況。對每個methods的執行情況進行跟蹤,count以及時間消耗的搜集。這種技術叫做 Byte Code Injection。所以這種采集方式的運行比cpu=samples要慢很多,以下是采集數據日志:
這里的count代表着該方法被真正執行了多少次,並且方法thread消耗了多少精確的cpu 時間。


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