JFR 详解

Java Flight Recorder（JFR）是 JVM 内置的性能数据收集引擎，被 Oracle 收购后成为商业特性，但在 OpenJDK 11+ 中已开源免费使用。JFR 与 JMC（Java Mission Control）配合使用，是生产环境性能分析的标准工具。

JFR 架构

flowchart LR
    subgraph JVM
        JE["JFR Event Types"]
        JC["JFR Core\n事件收集器"]
        JB["JFR Buffer\n环形缓冲区"]
    end

    subgraph 存储
        JR[".jfr 文件"]
    end

    subgraph 分析
        JM["JMC / jfrevent"]
    end

    JC --> JE
    JE --> JB
    JB --> JR
    JR --> JM

JFR 的工作原理：

JVM 内部埋点产生事件
事件写入环形缓冲区
缓冲区满或录制结束时写入 .jfr 文件
使用 JMC 分析录制数据

JFR 事件类型

JFR 收集的事件类型：

类别	事件	说明
JVM 信息	`os`	操作系统信息
	`cpuInformation`	CPU 信息
	`initialEnvironmentVariable`	环境变量
GC	`GCHeapSummary`	堆摘要
	`GarbageCollection`	GC 事件
	`G1HeapRegionInformation`	G1 区域信息
编译	`JVMInformation`	JVM 版本信息
	`Compilation`	JIT 编译
	`CodeSweeperStatistics`	代码缓存
执行	`ExecutionSample`	CPU 采样
	`AllocationInNewTLAB`	TLAB 分配
	`ActiveRecording`	录制状态
内存	`ObjectAllocationInNewTLAB`	新 TLAB 分配
	`ObjectAllocationOutsideTLAB`	旧生代分配
	`OldObjectSample`	存活对象采样

JFR 配置模式

JFR 提供两种配置模式：

模式	开销	数据量	适用场景
`default`	低	少	持续运行
`profile`	中	多	问题诊断

default 配置

# 启用默认配置
java -XX:StartFlightRecording:settings=default \
     -XX:FlightRecorderOptions=repository=/var/log/jfr \
     -jar app.jar

profile 配置

# 启用 profile 配置（更详细）
java -XX:StartFlightRecording:settings=profile \
     -XX:FlightRecorderOptions=repository=/var/log/jfr \
     -jar app.jar

自定义配置

# 创建自定义模板
jfr print --categories "GC,Compilation,Profiling" \
    --events "jdk.GarbageCollection,jdk.AllocationRequiringGC" \
    recording.jfr

JFR 使用方法

方法一：启动时录制

# 启动时自动开始录制
java -XX:+UnlockCommercialFeatures \
     -XX:+FlightRecorder \
     -XX:StartFlightRecording:\
         name=startup,\
         delay=20s,\
         duration=60s,\
         filename=startup.jfr \
     -jar app.jar

方法二：运行时录制

# 使用 jcmd 启动录制
jcmd <pid> JFR.start
jcmd <pid> JFR.start name=myrecording settings=profile

# 转储录制数据
jcmd <pid> JFR.dump name=myrecording filename=dump.jfr

# 停止录制
jcmd <pid> JFR.stop name=myrecording

# 查看录制列表
jcmd <pid> JFR.check

方法三：持续录制

# 持续录制，保留最后 1 小时数据
java -XX:+FlightRecorder \
     -XX:FlightRecorderOptions=\
         maxage=1h,\
         maxsize=100MB,\
         repository=/var/log/jfr \
     -jar app.jar

# 使用 JMC 实时连接查看

JFR 命令行工具

jfr 命令（Java 14+）

# 查看录制信息
jfr print --dump recording.jfr

# 查看事件摘要
jfr summary recording.jfr

# 过滤事件
jfr print --events "jdk.GarbageCollection" recording.jfr

# 统计事件
jfr stats recording.jfr

示例输出

$ jfr summary recording.jfr

Version: 2.0
Recorded events: 1,234,567
Start time: 2024-01-01 10:00:00
End time: 2024-01-01 11:00:00
Duration: 1 hour

Event types:
  GC Heap Summary: 120
  Garbage Collection: 45
  CPU Load: 3,600
  Allocation In New TLAB: 890,123

JFR 开销分析

JFR 的设计目标是对应用影响小于 1%：

配置	CPU 开销	内存开销
default	< 0.5%	~1MB
profile	< 1%	~5MB
持续录制	< 1%	~10MB

优化措施：

环形缓冲区避免持续写入
自适应采样频率
事件聚合减少数据量

JFR 与其他工具对比

工具	开销	精度	适用场景
JFR	低	高	生产环境
async-profiler	低	高	CPU 热点
JVMTI	高	最高	精确调试

本章小结

JFR 的核心特点：

低开销：设计目标 < 1%
丰富数据：涵盖 GC、编译、内存、CPU 等
持续录制：可以一直运行
生产安全：对业务影响小

JFR 是生产环境性能分析的首选工具。

延伸思考

JFR 为什么能做到这么低的开销？

关键设计：

事件聚合：多个同类事件合并统计
自适应采样：根据负载动态调整采样频率
环形缓冲区：避免持续磁盘写入
JVM 内置：与 JVM 紧密集成，减少代理开销

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