使用 Java Flight Recorder 监控 Java 应用

1. 概述

本教程将带你深入了解 Java Flight Recorder（JFR）的基本概念、使用方式以及相关命令。我们将从工具层面出发，探讨如何利用 JFR 来采集 Java 应用运行时的底层数据。

2. Java 监控工具概览

Java 不仅仅是一门编程语言，它背后还有一个非常庞大的生态系统，其中包含了大量用于编译、调试和监控程序的工具。在 JDK 的 bin 目录下，我们可以找到以下这些常用的性能分析与监控工具：

✅ Java VisualVM（jvisualvm.exe）
✅ JConsole（jconsole.exe）
✅ Java Mission Control（jmc.exe）
✅ Diagnostic Command Tool（jcmd.exe）

⚠️ 注意：Java VisualVM 在 Java 9 之后不再随 JDK 一起发布，需要单独从 VisualVM 官网下载安装。

本教程主要聚焦于 Java Flight Recorder（JFR）。虽然它本身不是一个独立的可执行程序，但它是与 Java Mission Control 和 jcmd 配合使用的强大工具。

3. Java Flight Recorder 基本概念

Java Flight Recorder 是一个内置于 JVM 中的高性能监控组件，它可以在应用运行期间持续采集 JVM 内部发生的事件信息。

🎯 JFR 的设计目标是尽可能减少对应用性能的影响。

启用 JFR 的方式有两种：

启动 Java 应用时通过参数激活；
应用运行后通过 jcmd 工具发送诊断命令来激活。

💡 JFR 并没有自己的图形界面工具，我们需要借助 Java Mission Control（JMC）来查看和分析采集到的数据。

3.1. 事件类型

JFR 收集的事件主要分为三类：

✅ Instant Event（即时事件）：事件发生即记录。
✅ Duration Event（持续事件）：只有当事件持续时间超过设定阈值才会被记录。
✅ Sample Event（采样事件）：定期采样系统活动，如线程状态、CPU 使用情况等。

3.2. 数据流机制

由于 JFR 采集的是高频、海量的事件数据，为了不影响应用性能，JFR 采用了缓冲机制：

❌ 磁盘 I/O 是昂贵的操作，因此 JFR 会先将数据缓存在内存中，再批量写入磁盘文件（默认为 flight.jfr）。

⚠️ 因为存在多个缓冲区并行工作的情况，输出文件中的事件顺序可能不是严格按时间排序的。不过，JMC 会自动帮你按时间重新排序展示。

🚨 极少数情况下（比如断电或事件过多），JFR 可能无法完整写入所有数据，但它会在日志中标记出可能丢失的部分。

4. 如何使用 Java Flight Recorder

JFR 在早期版本中属于商业特性，需要解锁才能使用。但从 JDK 11 开始，它已经完全开放，可以直接使用。

4.1. 命令行启动录制

以 JDK 8 为例，你需要在启动 JVM 时加上如下参数：

java -XX:+UnlockCommercialFeatures -XX:+FlightRecorder \
  -XX:StartFlightRecording=duration=200s,filename=flight.jfr \
  path-to-class-file

这个命令会立即开始录制，并在 200 秒后自动停止，数据保存在 flight.jfr 文件中。

4.2. 使用 jcmd 动态启动录制

如果应用已经在运行，可以通过 jcmd 来控制 JFR：

jcmd 1234 JFR.start duration=100s filename=flight.jfr

其中 1234 是目标 Java 进程的 PID。

jcmd 常用命令一览：

✅ JFR.start – 启动新的录制
✅ JFR.check – 查看当前正在运行的录制任务
✅ JFR.stop – 停止某个录制任务
✅ JFR.dump – 将录制内容导出到文件

JFR.start 支持的主要参数：

参数名	描述
name	录制名称，用于后续引用
delay	延迟多久开始录制，默认 0s
duration	录制持续时间，默认 0s 表示无限制
filename	输出文件名
maxage	数据最大保留时间
maxsize	数据最大大小（字节）

📌 建议设置 duration、maxage 或 maxsize 中至少一个，避免占用过多资源。

5. 实战演示：JFR 使用示例

我们来看一个简单的例子，模拟内存溢出场景，并使用 JFR 分析其行为。

5.1. 示例代码

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());
    }
}

这段代码会不断向列表中添加对象，直到触发 OutOfMemoryError，然后休眠一秒。

5.2. 启动录制

首先编译代码：

javac -d out -sourcepath src/main src/main/com/baeldung/flightrecorder/FlightRecorder.java

然后启动录制：

java -XX:+UnlockCommercialFeatures -XX:+FlightRecorder \
  -XX:StartFlightRecording=duration=200s,filename=flight.jfr \
  -cp ./out/ com.baeldung.flightrecorder.FlightRecorder

5.3. 查看分析结果

使用 Java Mission Control（JMC） 打开生成的 flight.jfr 文件，可以直观看到如下信息：

CPU 使用情况

可以看到 CPU 负载非常高，这正是由于死循环导致的。

方法热点分析

可以看到 ArrayList.grow() 被频繁调用，说明数组在不断扩容。

此外还可以看到：

✅ 对象创建频率和生命周期
✅ 线程活动状态
✅ I/O 操作详情

这些信息在实际排查性能瓶颈或内存泄漏问题时非常有价值。

6. 总结

Java Flight Recorder 是一个功能强大、低侵入性的监控工具，尤其适合在生产环境中进行问题诊断和性能调优。

虽然它仍处于实验阶段，但随着 JDK 版本迭代，其稳定性和可用性不断提升。

📚 更详细的使用文档请参考 Oracle 官方 JFR 文档。

📦 示例代码可在 GitHub 获取：https://github.com/eugenp/tutorials/tree/master/core-java-modules/core-java-perf

Persistence

REST

Security