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JVM難學(xué)?那是因?yàn)槟銢]認(rèn)真看完這篇文章
作者:佚名 2018-07-31 14:03:09
云計(jì)算
虛擬化 JAVA程序運(yùn)行與虛擬機(jī)之上,運(yùn)行時(shí)需要內(nèi)存空間。虛擬機(jī)執(zhí)行JAVA程序的過程中會(huì)把它管理的內(nèi)存劃分為不同的數(shù)據(jù)區(qū)域方便管理。

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一:虛擬機(jī)內(nèi)存圖解
JAVA程序運(yùn)行與虛擬機(jī)之上,運(yùn)行時(shí)需要內(nèi)存空間。虛擬機(jī)執(zhí)行JAVA程序的過程中會(huì)把它管理的內(nèi)存劃分為不同的數(shù)據(jù)區(qū)域方便管理。
虛擬機(jī)管理內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)域劃分如下圖:
數(shù)據(jù)區(qū)域分類:
方法區(qū) (Method Area)
虛擬機(jī)棧 (VM Stack)
本地方法棧 (Native Method Stack)
堆 (Heap)
程序計(jì)數(shù)器 (Program Counter Register)
直接內(nèi)存 (Direct Memory)
說明:
1. 程序計(jì)數(shù)器
行號(hào)指示器,字節(jié)碼指令的分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)(CPU切換),每條線程都需要一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器,線程私有內(nèi)存互不影響,該區(qū)域不會(huì)發(fā)生內(nèi)存溢出異常。
2. 虛擬機(jī)棧
是線程私有的,聲明周期與線程相同,虛擬機(jī)棧是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型,每個(gè)方法被執(zhí)行時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀,即方法運(yùn)行期間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),棧幀用于存儲(chǔ):局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等,每個(gè)方法執(zhí)行中都對(duì)應(yīng)虛擬機(jī)棧幀從入棧到處棧的過程。
是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是虛擬機(jī)中的局部變量表,對(duì)應(yīng)物理層之上的程序數(shù)據(jù)模型。
局部變量表,是一種程序運(yùn)行數(shù)據(jù)模型,存放了編譯期可知的各種數(shù)據(jù)類型例如:
Boolean、byte、char、short、int、float、long、double、對(duì)象引用類型(對(duì)象內(nèi)存地址變量,指針或句柄),程序運(yùn)行時(shí),根據(jù)局部變量表分配棧幀空間大小,在運(yùn)行中,大小是不變的異常類型:stackOverFlowError 線程請(qǐng)求棧深度大于虛擬機(jī)允許深度 OutOfMemory 內(nèi)存空間耗盡無法進(jìn)行擴(kuò)展。
3. 本地方法棧
與虛擬機(jī)棧類似,虛擬機(jī)棧為Java程序服務(wù),本地方法棧支持虛擬機(jī)的運(yùn)行服務(wù),具體實(shí)現(xiàn)由虛擬機(jī)廠商決定,也會(huì)拋出 stackOverFlowError、OutOfMemory異常。
4. 堆
是虛擬機(jī)管理內(nèi)存中最大的一部分,被所有線程共享,用于存放對(duì)象實(shí)例(對(duì)象、數(shù)組),物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間,由于GC收集器,分代收集,所以劃分為:新生代 Eden、From SurVivor空間、To SurVivor空間,allot buffer(分配空間),可能會(huì)劃分出多個(gè)線程私有的緩沖區(qū),老年代。
5. 方法區(qū)
與堆一樣屬于線程共享的內(nèi)存區(qū)域,用于存儲(chǔ)虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼(動(dòng)態(tài)加載OSGI)等數(shù)據(jù)。理論上屬于java虛擬機(jī)的一部分,為了區(qū)分開來叫做 Non-Heap非堆。
這個(gè)區(qū)域可以選擇不進(jìn)行垃圾回收,該區(qū)域回收目的主要是常量池的回收,及類型的卸載class,內(nèi)存區(qū)不足時(shí)會(huì)拋出OutOfMemory異常
運(yùn)行時(shí)常量池:
方法區(qū)的一部分,Class的版本、字段、接口、方法等,及編譯期生成的各種字面量、符號(hào)引用,編譯類加載后存放在該區(qū)域。會(huì)拋出OutOfMemory異常。
6. 直接內(nèi)存
直接內(nèi)存不屬于虛擬內(nèi)存區(qū)域,是一種基于通道與緩沖區(qū)的IO方式,可以使用本地函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存,在堆中存儲(chǔ)引用的外部?jī)?nèi)存地址,通過引用完成對(duì)直接引用內(nèi)存的操作,1.4之后提供的NIO顯著提高效率,避免了堆內(nèi)存與Native內(nèi)存的來回復(fù)制操作,不受虛擬機(jī)內(nèi)存控制,會(huì)拋出OUtOfMemory異常。
二:對(duì)象訪問內(nèi)部實(shí)現(xiàn)過程
對(duì)象訪問 涉及到對(duì)象的地址變更狀態(tài)變更,內(nèi)存地址移動(dòng),變量、接口、實(shí)現(xiàn)類、方法、父類型等。
一、 句柄方式 (訪問)
二、指針方式 (訪問)
優(yōu)缺點(diǎn):
句柄訪問方式:reference中存儲(chǔ)的是穩(wěn)定的地址,對(duì)象變更時(shí)只會(huì)改變句柄實(shí)例數(shù)據(jù)指針,引用本身不需要修改
指針訪問方式:優(yōu)點(diǎn)速度快,節(jié)省了指針定位時(shí)間開銷
三:內(nèi)存區(qū)域控制參數(shù)及對(duì)應(yīng)溢出異常
開發(fā)過程中,或程序運(yùn)行過程中每次遇到OutOfMemory異常或GC異?;騍tackOverflowError異常我們都是一堆參數(shù)亂配,都把值調(diào)大,只是大體知道是跟jvm內(nèi)存分配有關(guān),具體應(yīng)該怎么調(diào),對(duì)應(yīng)的異常應(yīng)該調(diào)整那些參數(shù),或者換句話說,jvm內(nèi)存分配區(qū)域中都分別對(duì)應(yīng)那些參數(shù)大多數(shù)情況下都是不知道的,只是把相關(guān)的參數(shù)跳上去,預(yù)期結(jié)果都是應(yīng)該起作用,到底能不能起作用,自己心里也沒底。下面就來說一下jvm堆、棧、方法區(qū)等內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的參數(shù),及每個(gè)區(qū)域可能拋出的異常類型,發(fā)生異常的場(chǎng)景分析。
一、參數(shù)類型
1.堆空間參數(shù)
2.??臻g參數(shù)
3.方法區(qū)空間參數(shù)
4.本機(jī)直接內(nèi)存參數(shù)
二、異常類型
1.OutOfMemory異常
2.StackOverflowError異常
三、輔助參數(shù)說明
1.-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 打印堆內(nèi)存異常時(shí)打印出快照信息
2.-XX:+HeapDumpPath 快照輸出路徑
3.-Xmn指定eden區(qū)的大小 -XX:SurvirorRation來調(diào)整幸存區(qū)的大小
4.-XX:PretenureSizeThreshold設(shè)置進(jìn)入老年代的閥值
四、參數(shù)說明、對(duì)應(yīng)場(chǎng)景的異常
1.堆內(nèi)存參數(shù)
-Xms:堆最小值(新生代和老年代之和)
-Xmx:堆最大值(新生代和老年代之和)
當(dāng)最小值=最大值時(shí),這時(shí)堆內(nèi)存是不可擴(kuò)展的。
例:-Xms80M -Xmx80M
通常將-Xmx和-Xms設(shè)置為一樣的大小來減少gc的次數(shù),堆內(nèi)存不足時(shí)拋出OutOfMemoryError異常。
2.棧內(nèi)存參數(shù)
-Xss
例:-Xss128k
單線程下無論棧幀太大還是棧容量太小,及引用深度超過虛擬機(jī)允許深度都會(huì)拋出StackOverflowError每個(gè)方法壓入棧的幀大小是不一致的。多線程下當(dāng)每個(gè)線程分配棧幀太大內(nèi)存不能夠擴(kuò)展時(shí)拋出OutOfMemoryError異常線程棧幀越大,可創(chuàng)建的線程越少。
3.方法區(qū)參數(shù)
-XX:PermSize方法區(qū)內(nèi)存最小值
-XX:MaxPermSize 方法區(qū)內(nèi)存最大值
各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域,主要用來存儲(chǔ)類的元數(shù)據(jù)、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)
例:-XX:PermSize=20M -XX:MaxPermSize=20M
異常類型 OutOfMemoryError :
原因:常量過多,或代理反射等使用頻繁
4.本機(jī)直接內(nèi)存參數(shù)
-XX:MaxDirectMemorySize
例:-XX:MaxDirectMemorySize=10M
不足時(shí)拋出OutOfMemory異常
四:垃圾收集算法
經(jīng)典的垃圾回收算法以下幾種
一、標(biāo)記--清除算法(Mark-Sweep)
回收前狀態(tài):
回收后狀態(tài):
優(yōu)缺點(diǎn):
算法執(zhí)行分為兩個(gè)階段標(biāo)記與清除,所有的回收算法,基本都
基于標(biāo)記回收算法做了深度優(yōu)化
缺點(diǎn):效率問題,內(nèi)存空間碎片(不連續(xù)的空間)
二、復(fù)制算法(Copying)
回收前狀態(tài):
Eden內(nèi)存空間 8
Survivor1空間(From空間)1
Survivor2空間(To空間) 1
Eden內(nèi)存空間與Survivor空間 8:1
回收后狀態(tài):
Survivor1空間(From空間)1
Eden內(nèi)存空間與Survivor空間 8:1
優(yōu)缺點(diǎn):
比較標(biāo)記清除算法,避免了回收造成的內(nèi)存碎片問題,
缺點(diǎn):以局部的內(nèi)存空間犧牲為代價(jià),不過空間的浪費(fèi)比較小,默認(rèn)8:1的比例1是浪費(fèi)的。
復(fù)制也有一定的效率與空間成本
三、標(biāo)記整理算法(Mark-Compact)
回收前狀態(tài):
回收后狀態(tài):
優(yōu)缺點(diǎn):
避免了,空間的浪費(fèi),與內(nèi)存碎片問題。
缺點(diǎn):整理時(shí)復(fù)制有效率成本。
五:垃圾收集器
一、七種垃圾收集器
(1) Serial(串行GC)-XX:+UseSerialGC
(2) ParNew(并行GC)-XX:+UseParNewGC
(3) Parallel Scavenge(并行回收GC)
(4) Serial Old(MSC)(串行GC)-XX:+UseSerialGC
(5) CMS(并發(fā)GC)-XX:+UseConcMarkSweepGC
(6) Parallel Old(并行GC)-XX:+UseParallelOldGC
(7) G1(JDK1.7update14才可以正式商用)
二.1~3用于年輕代垃圾回收:年輕代的垃圾回收稱為minor GC
三.4~6用于年老代垃圾回收(當(dāng)然也可以用于方法區(qū)的回收):年老代的垃圾回收稱為full GC
G1獨(dú)立完成"分代垃圾回收"
注意:并行與并發(fā)
并行:多條垃圾回收線程同時(shí)操作
并發(fā):垃圾回收線程與用戶線程一起操作
四、常用五種組合
Serial/Serial Old
ParNew/Serial Old:與上邊相比,只是比年輕代多了多線程垃圾回收而已
ParNew/CMS:當(dāng)下比較高效的組合
Parallel Scavenge/Parallel Old:自動(dòng)管理的組合
G1:最先進(jìn)的收集器,但是需要JDK1.7update14以上
五. Serial/Serial Old
年輕代Serial收集器采用單個(gè)GC線程實(shí)現(xiàn)"復(fù)制"算法(包括掃描、復(fù)制)
年老代Serial Old收集器采用單個(gè)GC線程實(shí)現(xiàn)"標(biāo)記-整理"算法
Serial與Serial Old都會(huì)暫停所有用戶線程(即STW)
說明:
STW(stop the world):編譯代碼時(shí)為每一個(gè)方法注入safepoint(方法中循環(huán)結(jié)束的點(diǎn)、方法執(zhí)行結(jié)束的點(diǎn)),在暫停應(yīng)用時(shí),需要等待所有的用戶線程進(jìn)入safepoint,之后暫停所有線程,然后進(jìn)行垃圾回收。
適用場(chǎng)合:
CPU核數(shù)<2,物理內(nèi)存<2G的機(jī)器(簡(jiǎn)單來講,單CPU,新生代空間較小且對(duì)STW時(shí)間要求不高的情況下使用)
-XX:UseSerialGC:強(qiáng)制使用該GC組合
-XX:PrintGCApplicationStoppedTime:查看STW時(shí)間
六.ParNew/Serial Old:
ParNew除了采用多GC線程來實(shí)現(xiàn)復(fù)制算法以外,其他都與Serial一樣,但是此組合中的Serial Old又是一個(gè)單GC線程,所以該組合是一個(gè)比較尷尬的組合,在單CPU情況下沒有Serial/Serial Old速度快(因?yàn)镻arNew多線程需要切換),在多CPU情況下又沒有之后的三種組合快(因?yàn)镾erial Old是單GC線程),所以使用其實(shí)不多。
-XX:ParallelGCThreads:指定ParNew GC線程的數(shù)量,默認(rèn)與CPU核數(shù)相同,該參數(shù)在于CMS GC組合時(shí),也可能會(huì)用到
七.Parallel Scavenge/Parallel Old:
特點(diǎn):
年輕代Parallel Scavenge收集器采用多個(gè)GC線程實(shí)現(xiàn)"復(fù)制"算法(包括掃描、復(fù)制)年老代Parallel Old收集器采用多個(gè)GC線程實(shí)現(xiàn)"標(biāo)記-整理"算ParallelScavenge與Parallel Old都會(huì)暫停所有用戶線程(即STW)
說明:
吞吐量:CPU運(yùn)行代碼時(shí)間/(CPU運(yùn)行代碼時(shí)間+GC時(shí)間)CMS主要注重STW的縮短(該時(shí)間越短,用戶體驗(yàn)越好,所以主要用于處理很多的交互任務(wù)的情況)Parallel Scavenge/Parallel Old主要注重吞吐量(吞吐量越大,說明CPU利用率越高,所以主要用于處理很多的CPU計(jì)算任務(wù)而用戶交互任務(wù)較少的情況)
參數(shù)設(shè)置:
-XX:+UseParallelOldGC:使用該GC組合
-XX:GCTimeRatio:直接設(shè)置吞吐量大小,假設(shè)設(shè)為19,則允許的最大GC時(shí)間占總時(shí)間的1/(1+19),默認(rèn)值為99,即1/(1+99)
-XX:MaxGCPauseMillis:最大GC停頓時(shí)間,該參數(shù)并非越小越好
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy:開啟該參數(shù),-Xmn/-XX:SurvivorRatio/-XX:PretenureSizeThreshold這些參數(shù)就不起作用了,虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)收集監(jiān)控信息,動(dòng)態(tài)調(diào)整這些參數(shù)以提供最合適的的停頓時(shí)間或者最大的吞吐量(GC自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略),而我們需要設(shè)置的就是-Xmx,-XX:+UseParallelOldGC或-XX:GCTimeRatio兩個(gè)參數(shù)就好(當(dāng)然-Xms也指定上與-Xmx相同就好)
注意:
-XX:GCTimeRatio和-XX:MaxGCPauseMillis設(shè)置一個(gè)就好
不開啟-XX:+UseAdaptiveSizePolicy,-Xmn/-XX:SurvivorRatio/-XX:PretenureSizeThreshold這些參數(shù)依舊可以配置,以resin服務(wù)器為例
適用場(chǎng)合:
很多的CPU計(jì)算任務(wù)而用戶交互任務(wù)較少的情況不想自己去過多的關(guān)注GC參數(shù),想讓虛擬機(jī)自己進(jìn)行調(diào)優(yōu)工作
八、調(diào)優(yōu)方法
8.1 新對(duì)象預(yù)留新生代
由于fullGC(老年代)的成本遠(yuǎn)比minorGC(新生代和老年代)的成本大,所以給應(yīng)用分配一個(gè)合理的新生代空間,盡量將對(duì)象分配到新生代減小fullGC的頻率
8.2 大對(duì)象進(jìn)入老年代
將大對(duì)象直接分配到老年代,保持新生代對(duì)象的結(jié)構(gòu)的完整性,以提高GC效率, 以通過-XX:PretenureSizeThreshold設(shè)置進(jìn)入老年代的閥值
8.3 穩(wěn)定與震蕩的堆大小
穩(wěn)定的對(duì)大小是對(duì)垃圾回收有利的,方法將-Xms和-Xmx的大小一致
8.4 吞吐量?jī)?yōu)先
盡可能減少系統(tǒng)執(zhí)行垃圾回收的總時(shí)間,故采用并行垃圾回收器
-XX:+UseParallelGC或使用-XX:+UseParallelOldGC
8.5 降低停頓
使用CMS回收器,同時(shí)減少fullGC的次數(shù)
九、獲取gc信息的方法
9.1 -verbose:gc或者-XX:+PrintGC 獲取gc信息
9.2 -XX:+PrintGCDetails 獲取更加詳細(xì)的gc信息
9.3 -XX:+PrintGCTimeStamps 獲取GC的頻率和間隔
9.4 -XX:+PrintHeapAtGC 獲取堆的使用情況
9.5 -Xloggc:D:\gc.log 指定日志情況的保存路徑
十、jvm調(diào)優(yōu)實(shí)戰(zhàn)-tomcat啟動(dòng)加速
在tomcat的bin/catalina.bat文件的開頭添加相關(guān)的配置
六:監(jiān)控工具
監(jiān)控工具:一般問題定位,性能調(diào)優(yōu)都會(huì)使用到。
(一)、jps
Jps是參照Unix系統(tǒng)的取名規(guī)則命名的,而他的功能和ps的功能類似,可以列舉正在運(yùn)行的餓虛擬機(jī)進(jìn)程并顯示虛擬機(jī)執(zhí)行的主類以及這些進(jìn)程的唯一ID(LVMID,對(duì)應(yīng)本機(jī)來說和PID相同),他的用法如下:
Jps [option] [hostid]
jps -q 只輸出LVMID
jps -m 輸出JVM啟動(dòng)時(shí)傳給主類的方法
jps -l 輸出主類的全名,如果是Jar則輸出jar的路徑
jps -v 輸出JVM的啟動(dòng)參數(shù)
(二)、jstat
jstat主要用于監(jiān)控虛擬機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)信息,如類的裝載、內(nèi)存、垃圾回收、JIT編譯器等,在沒有GUI的服務(wù)器上,這款工具是首選的一款監(jiān)控工具。其用法如下:
jstat [option vmid [interval [s|ms] [vount] ] ]
jstat 監(jiān)控內(nèi)容 線程好 刷新時(shí)間間隔 次數(shù)
jstat –gc 20445 1 20 :監(jiān)視Java堆,包含eden、2個(gè)survivor區(qū)、old區(qū)和永久帶區(qū)域的容量、已用空間、GC時(shí)間合計(jì)等信息
jstat –gcutil 20445 1 20:監(jiān)視內(nèi)容與-gc相同,但輸出主要關(guān)注已使用空間占總空間的百分比
jstat –class 20445 1 20:監(jiān)視類的裝載、卸載數(shù)量以及類的裝載總空間和耗費(fèi)時(shí)間等
.......-gccapcity......:監(jiān)視內(nèi)容與-gc相同,但輸出主要關(guān)注Java區(qū)域用到的最大和最小空間
.......-gccause........:與-gcutil輸出信息相同,額外輸出導(dǎo)致上次GC產(chǎn)生的原因
.......-gcnew..........:監(jiān)控新生代的GC情況
.......-gcnewcapacity..:與-gcnew監(jiān)控信息相同,輸出主要關(guān)注使用到的最大和最小空間
.......-gcold..........:監(jiān)控老生代的GC情況
.......-gcoldcapacity..:與-gcold監(jiān)控信息相同,輸出主要關(guān)注使用到的最大和最小空間
.......-gcpermcapacity.:輸出永久帶用到的最大和最小空間
.......-compiler.......:輸出JIT編譯器編譯過的方法、耗時(shí)信息
.......-printcompilation:輸出已經(jīng)被JIT編譯的方法
(三)、jinfo
jinfo的作用是實(shí)時(shí)查看虛擬機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)信息jps –v可以查看虛擬機(jī)在啟動(dòng)時(shí)被顯式指定的參數(shù)信息,但是如果你想知道默認(rèn)的一些參數(shù)信息呢?除了去查詢對(duì)應(yīng)的資料以外,jinfo就顯得很重要了。jinfo的用法如下:
Jinfo [option] pid
(四)、jmap
map用于生成堆快照(heapdump)。當(dāng)然我們有很多方法可以取到對(duì)應(yīng)的dump信息,如我們通過JVM啟動(dòng)時(shí)加入啟動(dòng)參數(shù) –XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError參數(shù),可以讓JVM在出現(xiàn)內(nèi)存溢出錯(cuò)誤的時(shí)候自動(dòng)生成dump文件,亦可以通過-XX:HeapDumpOnCtrlBreak參數(shù),在運(yùn)行時(shí)使用ctrl+break按鍵生成dump文件,當(dāng)然我們也可以使用kill -3 pid的方式去恐嚇JVM生成dump文件。Jmap的作用不僅僅是為了獲取dump文件,還可以用于查詢finalize執(zhí)行隊(duì)列、Java堆和永久帶的詳細(xì)信息,如空間使用率、垃圾回收器等。其運(yùn)行格式如下:
Jmap [option] vmip
監(jiān)控堆棧信息主要用來定位問題的原因,生成堆棧快照
.......-dump......:生成對(duì)應(yīng)的dump信息,用法為-dump:[live,]format=b,file={fileName}
.......-finalizerinfo......:顯示在F-Queue中等待的Finalizer方法的對(duì)象(只在linux下生效)
.......-heap......:顯示堆的詳細(xì)信息、垃圾回收器信息、參數(shù)配置、分代詳情等
.......-histo......:顯示堆棧中的對(duì)象的統(tǒng)計(jì)信息,包含類、實(shí)例數(shù)量和合計(jì)容量
.......-permstat......:以ClassLoder為統(tǒng)計(jì)口徑顯示永久帶的內(nèi)存狀態(tài)
.......-F......:虛擬機(jī)對(duì)-dump無響應(yīng)時(shí)可使用這個(gè)選項(xiàng)強(qiáng)制生成dump快照
例子:jmap -dump:format=b,file=yhj.dump 20445
(五)、jstack
Jstack用于JVM當(dāng)前時(shí)刻的線程快照,又稱threaddump文件,它是JVM當(dāng)前每一條線程正在執(zhí)行的堆棧信息的集合。生成線程快照的主要目的是為了定位線程出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停頓的原因,如線程死鎖、死循環(huán)、請(qǐng)求外部時(shí)長(zhǎng)過長(zhǎng)導(dǎo)致線程停頓的原因。通過jstack我們就可以知道哪些進(jìn)程在后臺(tái)做些什么?在等待什么資源等!其運(yùn)行格式如下:
Jstack [option] vmid
-F 當(dāng)正常輸出的請(qǐng)求不響應(yīng)時(shí)強(qiáng)制輸出線程堆棧
-l 除堆棧信息外,顯示關(guān)于鎖的附加信息
-m 顯示native方法的堆棧信息
(六)、jconsole
在JDK的bin目錄下,監(jiān)控內(nèi)存,thread,堆棧等
(七)、jprofile
類似于jconsole,比jconsole監(jiān)控信息更全面,內(nèi)存,線程,包,cup 類,堆棧,等等
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