JDK中自帶的JVM分析工具

作者：知了一笑 2022-10-25 08:28:46

對(duì)于JVM的監(jiān)控工具來(lái)說(shuō)，其能力與常用的命令行語(yǔ)法差異很小，并且這些命令在jdk中tools.jar包也可以找到其對(duì)應(yīng)的類，對(duì)于一些更高級(jí)的監(jiān)控平臺(tái)來(lái)說(shuō)，例如Kuboard、Skywalking等，也對(duì)這些底層能力做了集成，其原理應(yīng)該也是大同小異。

一、業(yè)務(wù)背景

對(duì)于分布式架構(gòu)中的文件服務(wù)來(lái)說(shuō)，由于涉及大量的IO流操作，很容易引發(fā)JVM的相關(guān)異常，尤其是內(nèi)存溢出的問(wèn)題；

在最近的一次版本迭代中，真實(shí)的業(yè)務(wù)處理場(chǎng)景和上述幾乎一致，由于在文件服務(wù)中添加批量處理的動(dòng)作，直接喚醒了隱藏許久的BUG，就是最常見(jiàn)的內(nèi)存溢出；

問(wèn)題的起因：在word文檔完成內(nèi)容識(shí)別后，轉(zhuǎn)換為pdf文件，然后進(jìn)行頁(yè)面分割轉(zhuǎn)為一組圖片，在這個(gè)復(fù)雜并且超長(zhǎng)的流程中存在一個(gè)數(shù)組容器未銷毀；

解決的方式：分析JVM的dump文件，定位OOM問(wèn)題引發(fā)的根本原因，結(jié)合文件服務(wù)的異常日志分析，添加資源的釋放動(dòng)作，從而解決問(wèn)題；

二、Jdk-Bin目錄

對(duì)于相當(dāng)一部分新手來(lái)說(shuō)，看到JVM的問(wèn)題都是Bug不知所起一臉懵的，其實(shí)這種心態(tài)大可不必，從職場(chǎng)幾年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)上看，JVM的問(wèn)題大致分為兩種：

開(kāi)發(fā)輕松解決：可以升級(jí)內(nèi)存資源或者調(diào)整分配，又或者對(duì)程序優(yōu)化，完成相關(guān)資源的管理和釋放，這是最常用的手段；
輕松解決開(kāi)發(fā)：由于經(jīng)驗(yàn)不足，程序出現(xiàn)重大BUG導(dǎo)致JVM異常，進(jìn)而引起系列的連鎖反應(yīng)，這種不會(huì)絕地反彈，只有一地雞毛；

在解決常規(guī)的JVM異常時(shí)，通常依賴JDK中基礎(chǔ)工具即可完成問(wèn)題的定位，從而進(jìn)行分析和解決，不過(guò)這些需要對(duì)基礎(chǔ)工具熟練使用才行，而很多JDK自身的能力又是經(jīng)常被忽略的；

在jdk的bin目錄中，有很多自帶工具可以用于對(duì)JVM的分析；

上述是基于jdk1.8的目錄，里面有很多開(kāi)發(fā)經(jīng)常用到命令，下面圍繞一個(gè)微服務(wù)的啟動(dòng)和運(yùn)行，來(lái)看看基于JDK中自帶JVM工具的用法；

三、命令行工具

1、jps命令

jps：虛擬機(jī)進(jìn)程狀態(tài)工具，該命令在Java環(huán)境部署和服務(wù)啟動(dòng)查看時(shí)經(jīng)常用到，首先在本地啟動(dòng)一個(gè)facade門面微服務(wù)，然后在命令行中執(zhí)行查詢；

jps：命令默認(rèn)輸出的是進(jìn)程ID和應(yīng)用主類的名稱；
-l：輸出進(jìn)程ID和應(yīng)用主類的完整路徑；
-v：輸出向jvm傳遞的參數(shù)，此處展示為idea中顯式配置的VM-options參數(shù)，其他內(nèi)容自行查看即可；
-m：輸出向main方法傳遞的參數(shù)，服務(wù)啟動(dòng)前可以在idea的Program-arguments配置；

$ jps
1281 FacadeApp

$ jps -l
1281 com.explore.facade.FacadeApp

$ jps -v
1281 FacadeApp -Xms128m -Xmx256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m

$ jps -m
1281 FacadeApp hello,main-method

2、jinfo命令

jinfo：在命令后面帶pid進(jìn)程號(hào)，可以輸出指定進(jìn)程的配置信息，在應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)通常不會(huì)指定過(guò)多的配置參數(shù)，就可以使用該命令查詢很多參數(shù)的默認(rèn)值；該命令還可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整部分參數(shù)，只是很少被使用；

$ jinfo 1281            # 只粘貼個(gè)別參數(shù)
Java System Properties: # 系統(tǒng)參數(shù)
    java.runtime.versinotallow=1.8.0_144-b01
    file.encoding=UTF-8
    sun.java.command=com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method
    
VM Flags:               # 虛擬機(jī)參數(shù)
    -XX:InitialHeapSize=134217728 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:MaxNewSize=267911168
    
VM Arguments:           # 運(yùn)行時(shí)參數(shù)
    jvm_args: -Xms128m -Xmx256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m
    java_command: com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method

$ jinfo -sysprops 1281  # 只輸出【Java System Properties】參數(shù)

$ jinfo -flags 1281     # 只輸出【VM Flags】參數(shù)

3、jstat命令

jstat：以指定的頻率輸出JVM的監(jiān)控指標(biāo)，下述命令輸出內(nèi)存占用和GC相關(guān)信息，每隔3秒輸出一次，連續(xù)打印5次；由于這里只是啟動(dòng)一個(gè)簡(jiǎn)單的微服務(wù)，沒(méi)有執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，所以各項(xiàng)指標(biāo)比較平穩(wěn)；

$ jstat -gcutil 1281 3000 5
S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT    CGC    CGCT     GCT   
0.00   0.00  57.97  64.16  92.82  88.75    3    0.028     9    0.516     -        -    0.544
0.00   0.00  57.97  64.16  92.82  88.75    3    0.028     9    0.516     -        -    0.544

該命令是比較常用的，這里各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)邏輯，在tools.jar?包中有jstat_options?參考文檔，相對(duì)路徑sun/tools/jstat/resources/目錄下；

option gcutil {
  column {
    header "^S0^" /* Survivor 0 Space - Percent Used */
    data (1-((sun.gc.generation.0.space.1.capacity - sun.gc.generation.0.space.1.used)/sun.gc.generation.0.space.1.capacity)) * 100
  }
  column {
    header "^S1^" /* Survivor 1 Space - Percent Used */
    data (1-((sun.gc.generation.0.space.2.capacity - sun.gc.generation.0.space.2.used)/sun.gc.generation.0.space.2.capacity)) * 100
  }
  ......
}

4、jstack命令

jstack：輸出指定進(jìn)程當(dāng)前時(shí)刻在JVM中的線程信息，為了清楚的展示其效果，在服務(wù)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建線程死鎖，然后通過(guò)該命令就會(huì)把發(fā)生死鎖的線程打印出來(lái)，通過(guò)輸出可以發(fā)現(xiàn)兩條互相等待的線程信息；

$ jstack 1281
Found one Java-level deadlock:
=============================
"test-thread-02":
  waiting for ownable synchronizer 0x00000007b00a35d0, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "test-thread-01"
"test-thread-01":
  waiting for ownable synchronizer 0x00000007b00a35a0, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "test-thread-02"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"test-thread-02":
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x00000007b00a35d0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)

"test-thread-01":
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x00000007b00a35a0> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)

Found 1 deadlock.

5、jmap命令

jmap：可以輸出指定進(jìn)程的內(nèi)存中對(duì)象映射信息，或者堆的關(guān)鍵信息、內(nèi)存的使用統(tǒng)計(jì)、GC算法、配置、類的實(shí)例信息及內(nèi)存占用等，該命令在解決JVM問(wèn)題時(shí)也經(jīng)常使用；

$ jmap 1281

$ jmap -heap 1281
Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 536870912 (512.0MB)
   
Heap Usage:
    PS Young Generation
    Eden Space:
    From Space:
    To Space:
    PS Old Generation

$ jmap -histo:live 1281
 num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
1311:             1             32  com.explore.facade.FacadeApp$$EnhancerBySpringCGLIB$$313d9e3

四、可視化工具

1、jconsole

Java內(nèi)置的JVM性能監(jiān)控工具，在熟悉上述的命令行工具之后，對(duì)于該可視化工具的使用不會(huì)太陌生，在命令中可以查看到的默認(rèn)參數(shù)或者應(yīng)用自定義配置，在該工具中也可以找到，并且以圖形化的方式呈現(xiàn)；

$ jconsole  # 通過(guò)該命令會(huì)喚起jconsole界面

這里選擇線程一欄，可以直觀的看到線程數(shù)量的變化曲線，也可以在下方查看某個(gè)線程的具體信息，并且可以通過(guò)檢測(cè)死鎖功能，發(fā)現(xiàn)在服務(wù)中創(chuàng)建的test-thread-01和test-thread-02兩條線程；

2、visualvm

VisualVM作為解決JVM問(wèn)題的常用工具，集成的功能豐富且強(qiáng)大，此處通過(guò)Idea插件的方式啟動(dòng)FacadeApp微服務(wù)，在進(jìn)程主頁(yè)可以看到自定義的配置，線程一欄因?yàn)闄z測(cè)到死鎖直接給到異常提示；

在監(jiān)視一欄可以通過(guò)【堆dump】查看詳細(xì)的信息，可以查看類的實(shí)例數(shù)和大小，并且完成了結(jié)果排序和占用統(tǒng)計(jì)；此處信息在定位和解決JVM問(wèn)題時(shí)非常重要；

五、參考源碼

編程文檔： https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)： https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent

責(zé)任編輯：武曉燕來(lái)源：知了一笑