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JDK中自帶的JVM分析工具

2022-10-25 09:00:25

目錄

記憶體溢位，妥妥的名場面；

一、業務背景

對於分散式架構中的檔案服務來說，由於涉及大量的IO流操作，很容易引發JVM的相關異常，尤其是記憶體溢位的問題；

在最近的一次版本迭代中，真實的業務處理場景和上述幾乎一致，由於在檔案服務中新增批次處理的動作，直接喚醒了隱藏許久的BUG，就是最常見的記憶體溢位；

問題的起因：在word檔案完成內容識別後，轉換為pdf檔案，然後進行頁面分割轉為一組圖片，在這個複雜並且超長的流程中存在一個陣列容器未銷燬；

解決的方式：分析JVM的dump檔案，定位OOM問題引發的根本原因，結合檔案服務的異常紀錄檔分析，新增資源的釋放動作，從而解決問題；

二、Jdk-Bin目錄

對於相當一部分新手來說，看到JVM的問題都是Bug不知所起一臉懵的，其實這種心態大可不必，從職場幾年的開發經驗上看，JVM的問題大致分為兩種：

  • 開發輕鬆解決：可以升級記憶體資源或者調整分配，又或者對程式優化，完成相關資源的管理和釋放，這是最常用的手段；
  • 輕鬆解決開發：由於經驗不足，程式出現重大BUG導致JVM異常，進而引起系列的連鎖反應，這種不會絕地反彈，只有一地雞毛；

在解決常規的JVM異常時，通常依賴JDK中基礎工具即可完成問題的定位，從而進行分析和解決，不過這些需要對基礎工具熟練使用才行，而很多JDK自身的能力又是經常被忽略的；

在jdk的bin目錄中，有很多自帶工具可以用於對JVM的分析；

上述是基於jdk1.8的目錄，裡面有很多開發經常用到命令，下面圍繞一個微服務的啟動和執行，來看看基於JDK中自帶JVM工具的用法；

三、命令列工具

1、jps命令

jps：虛擬機器器程序狀態工具，該命令在Java環境部署和服務啟動檢視時經常用到，首先在本地啟動一個facade門面微服務，然後在命令列中執行查詢；

  • jps：命令預設輸出的是程序ID和應用主類的名稱；
  • -l：輸出程序ID和應用主類的完整路徑；
  • -v：輸出向jvm傳遞的引數，此處展示為idea中顯式設定的VM-options引數，其他內容自行檢視即可；
  • -m：輸出向main方法傳遞的引數，服務啟動前可以在idea的Program-arguments設定；
$ 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：在命令後面帶pid程序號，可以輸出指定程序的設定資訊，在應用啟動時通常不會指定過多的設定引數，就可以使用該命令查詢很多引數的預設值；該命令還可以在執行時動態調整部分引數，只是很少被使用；

$ jinfo 1281            # 只貼上個別引數
Java System Properties: # 系統引數
    java.runtime.version=1.8.0_144-b01
    file.encoding=UTF-8
    sun.java.command=com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method
    
VM Flags:               # 虛擬機器器引數
    -XX:InitialHeapSize=134217728 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:MaxNewSize=267911168
    
VM Arguments:           # 執行時引數
    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】引數

$ jinfo -flags 1281     # 只輸出【VM Flags】引數

3、jstat命令

jstat：以指定的頻率輸出JVM的監控指標，下述命令輸出記憶體佔用和GC相關資訊，每隔3秒輸出一次，連續列印5次；由於這裡只是啟動一個簡單的微服務，沒有執行業務邏輯，所以各項指標比較平穩；

$ 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，這裡各項指標的統計邏輯，在tools.jar包中有jstat_options參考檔案，相對路徑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：輸出指定程序當前時刻在JVM中的執行緒資訊，為了清楚的展示其效果，在服務啟動時建立執行緒死鎖，然後通過該命令就會把發生死鎖的執行緒列印出來，通過輸出可以發現兩條互相等待的執行緒資訊；

$ 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：可以輸出指定程序的記憶體中物件對映資訊，或者堆的關鍵資訊、記憶體的使用統計、GC演演算法、設定、類的範例資訊及記憶體佔用等，該命令在解決JVM問題時也經常使用；

$ 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、視覺化工具

1、jconsole

Java內建的JVM效能監控工具，在熟悉上述的命令列工具之後，對於該視覺化工具的使用不會太陌生，在命令中可以檢視到的預設引數或者應用自定義設定，在該工具中也可以找到，並且以圖形化的方式呈現；

$ jconsole  # 通過該命令會喚起jconsole介面

這裡選擇執行緒一欄，可以直觀的看到執行緒數量的變化曲線，也可以在下方檢視某個執行緒的具體資訊，並且可以通過檢測死鎖功能，發現在服務中建立的test-thread-01和test-thread-02兩條執行緒；

2、visualvm

VisualVM作為解決JVM問題的常用工具，整合的功能豐富且強大，此處通過Idea外掛的方式啟動FacadeApp微服務，在程序主頁可以看到自定義的設定，執行緒一欄因為檢測到死鎖直接給到異常提示；

在監視一欄可以通過【堆dump】檢視詳細的資訊，可以檢視類的範例數和大小，並且完成了結果排序和佔用統計；此處資訊在定位和解決JVM問題時非常重要；

對於JVM的監控工具來說，其能力與常用的命令列語法差異很小，並且這些命令在jdk中tools.jar包也可以找到其對應的類，對於一些更高階的監控平臺來說，例如Kuboard、Skywalking等，也對這些底層能力做了整合，其原理應該也是大同小異。

五、參考原始碼

程式設計檔案：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

應用倉庫：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent