Java性能优化（二）——JFR（Java Flight Recorder）使用教程

概念

JFR（Java Flight Recorder，下文简称JFR）数据是JVM的历史事件，用来诊断JVM的历史性能和操作。是一种监控工具，可以在Java应用程序执行期间收集有关JVM事件的信息。JFR会开启一组事件，当有对应的事件发生时，就会保留相应的数据到文件中或者内存中（假如有开启缓存池），JMC可以显示这些事件——实时从JVM获取或者从文件中获取，JMC可以展示详细的JFR记录的数据。JFR对于被监控的应用程序来说，默认设置的性能开销很低：程序性能的1%以下，但是随着开始的事件或者记录线程增多，性能开销也会随之增多。

JFR有两种主要的概念：事件和数据流

事件

JFR在Java应用运行时收集对应发生的事件，主要有三种类型的事件提供给JFR收集：

• 即时事件：一旦事件发生会立即进行数据记录
• 持续事件：如果持续时间超过指定阈值则进行数据记录
• 简单事件：用于记录应用所在系统的活跃指标（例如CPU，内存等）

数据流

JFR收集的事件包含大量数据，将这些数据保存在filename.jfr中，众所周知，磁盘I/O操作非常昂贵。因此，在将数据块刷新到磁盘之前，JFR使用各种缓存来存储收集的数据。因为加入缓存的原因，在某些情况下，JFR的数据存在丢失的可能性。如果发生丢失数据的情况，JFR会尝试通知输出文件，丢失了一部分的信息。

前期准备

需要下载安装对应的Java Mission Control，自行下载即可，我本地安装了Java Mission Control 8（文章发布时的最新版），JMC可以同JFR结合使用，JMC可以将JFR生成的XXX.jfr文件可视化展示出来。数据展示非常丰富。在文章实战后面会详细解释。

使用

使用配置参数开启：

# 加上以下的这两个参数即可开启对应的JFR功能
java -XX:+UnlockCommercialFeatures -XX:+FlightRecorder
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在Tomcat中配置对应的参数不生效，也不知道是什么原因，如果有解决的小伙伴可以在评论区

使用命令行开启

使用jcmd命令行解锁JFR功能权限。

jcmd process_id VM.unlock_commercial_features 解锁JFR记录功能权限
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使用jcmd命令行开启一个记录线程，duration记录的时间段，默认为0s，代表无限制，以下代码使用200s，表示记录200s结束。filename表示保存的文件名。

jcmd激活 jcmd process_id JFR.start duration=100s filename=flight.jfr （JDK 11版本前需要先激活对应的功能）
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命令行详解

jcmd命令中包含了操作JFR的所有操作，现在对操作以及参数进行详细解释。
首先，假如你不了解一些命令行的使用规则，你可以使用jcmd help命令去了解对应命令行的使用解释。例如，查看一个JFR.check的命令行使用方式，指定对应的进程ID（本文中使用5361），使用如下命令行：

jcmd 5361 help JFR.check

# 命令行返回值
5361:
JFR.check
Checks running JFR recording(s)

Impact: Low

Permission: java.lang.management.ManagementPermission(monitor)

Syntax : JFR.check [options]

Options: (options must be specified using the <key> or <key>=<value> syntax)
	name : [optional] Recording name, e.g. \"My Recording\" or omit to see all recordings (STRING, no default value)
	recording : [optional] Recording number, or omit to see all recordings (JLONG, -1)
	verbose : [optional] Print event settings for the recording(s) (BOOLEAN, false)
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通过英文的意思，我们可以了解到各个参数的使用方式，以及对应含义和注意事项。
下面我们进入正题，与JFR关联的jcmd命令有以下四种：

• JFR.start——启动一个新的JFR记录线程
• JFR.check——检查正在运行的JFR记录线程
• JFR.stop——停止一个指定的JFR记录线程
• JFR.dump——拷贝一个指定的JFR记录线程的内容进入文件中

每个命令行都有对应的参数，现在一一介绍对应的参数详解

JFR.start

JFR.check

JFR.stop

JFR.dump

实战

介绍完命令行的使用方式以及参数详解，现在我们就来进行实战使用JFR。这里有一个注意点就是，虽然JFR被设计为在JVM和应用程序的性能的影响会小，但是最好设置持续时间（duration），缓冲区数据的最长使用期限（maxage），限制收集的最大数据量（maxsize）。
首先定义个一个内存泄露的主程序，具体代码如下：

public static void main(String[] args) {
    List<Object> items = new ArrayList<>(1);
    try {
        while (true){
            items.add(new Object());
        }
    } catch (OutOfMemoryError e){
        System.out.println(e.getMessage());
    }
    assert items.size() > 0;
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        System.out.println(e.getMessage());
    }
}
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使用启动命令：

java -XX:+UnlockCommercialFeatures -XX:+FlightRecorder 
  -XX:StartFlightRecording=duration=200s,filename=flight.jfr 
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当项目启动完成，并发生 OutOfMemoryError 异常后，可以在目录下会发现一个名为flight.jfr的文件，将该文件拖至JDK Mission Control中，会自动进行分析。下图展示JDK Mission Control分析结果：

现在我们来具体分析这张图的结果：

• 图片右侧红色的分数表示，该次分析的重点关注的部分，展开后都会进行详细的描述造成原因，例如第一点Application Halts表示由于GC造成应用程序停顿时间过长，比例偏高。如果实在不想看，复制贴贴放进翻译软件中，也会明白大致的意思。
• 图片的左侧的侧边栏表示每个分析块的详细记录，有内存，有GC，有I/O等等，有红色小感叹号的是重点需要查看的部分。例如我们查看内存这一块

从图中可以得知，应用程序内存的使用，在5s内迅速跑满，然后触发GC操作，是什么方法导致内存使用如此迅速呢？根据Method Profiling的分析结果，可以看出时ArrayList的拷贝操作导致，如下图：

由以上操作我们可以快速定位到内存溢出的方法块，其他块的使用大家可以自行进行分析的时候查看，都是可视化的界面非常方便。使用JFR的时候最后不要定义太大的时间块，或者需要切分小块的时间块进行分析，因为大的时间块，会导致JFR文件十分巨大，本地进行分析的时候，也会产生卡顿或者电脑内存不够，导致本地机子卡死，无法分析。

参考资料

Monitoring Java Applications with Flight Recorder
Java性能权威指南
JDK Mission Control