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JVM故障诊断

ZJX2022年9月2日大约 7 分钟

性能诊断

JDK 命令行工具

JDK 命令行工具位于 JDK 安装目录下的 bin 中，可以使用他们获取 Java 程序的运行状态等信息；了解即可，因为使用可视化性能监控工具也可以实现他们的功能。

  • jps

    列出 Java 的进程列表。

    # 列出Java进程以及入口类名称
jps
# 忽略入口类名称
jps -q
# -m输出入口函数参数；-l输出入口函数完整路径
jps -m -l
# 显示传递给虚拟机的参数
jps -v

  • jstat

    观察 Java 程序运行时的相关信息。

    # 输出 Java 进程 1234 的 ClassLoader 相关信息，每秒一次，共2次
jstat -class -t 1234 1000 2
# 输出 GC 相关的堆信息
jstat -gc 1234
# 查看堆中各个代的大小信息
jstat -gccapacity 1234
# 查看新生代各个区大小信息
jstat -gcnewcapacity 1234
# 查看老年代容量信息
jstat -gcoldcapacity 1234
# 查看永久区容量信息
jstat -gcpermcapacity 1234

  • jmap

    导出堆信息到文件。jcmd 更加强大一点（JDK1.7+新增），可以代替 jmap，详见下节。

    # 统计Java程序的对象实例数量到s.txt文件
jmap -histo 1234 >/usr/local/s.txt
# 获取当前Java程序的堆快照信息，format=b表示转储文件格式为二进制（binary）
# .hprof文件可通过多种工具分析，如Visual VM、jhat等
jmap -dump:format=b,file=/usr/local/s.hprof 1234

  • jcmd

    多功能命令行工具，可用来查看堆、Java 进程、线程、GC 等信息。

     # 列出当前系统的所有Java进程
 jcmd -l
 # 列出针对进指定程所支持的指令
 jcmd 1234 help
 # 在列出的指令中，可以随便找几个玩玩
 jcmd 1234 VM.uptime                 # 查看虚拟机启动时间
 jcmd 1234 Thread.print              # 打印线程栈信息
 jcmd 1234 GC.class_histogram        # 查看系统中类的统计信息
 jcmd 1234 GC.heap_dump /usr/d.dump  # 导出堆信息，.dump文件可多种工具进行分析，如Visual VM
 jcmd 1234 VM.system_properties      # 获取系统属性
 jcmd 1234 VM.flags                  # 获取JVM启动参数

  • jhat

    jhat （在 JDk9+已移除，推荐使用 Visual VM）命令可以分析堆快照文件，并启动一个 http 服务器，可通过浏览器查阅。

    # 分析堆文件，并提供一个web网页查阅 127.0.0.1:7000
jhat /usr/local/s.hprof

  • jstack

    输出 Java 程序的堆栈快照信息。可用于定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。

    # 查看Java程序堆栈信息
jstack -l 1234
# 输出信息到.txt文件
jstack -l 1234 >/usr/local/info.txt

    提示

    jstack 输出示例说明：

    # jstack 输出示例
"main" #1 [14384] prio=5 os_prio=0 cpu=8656.25ms
elapsed=16.49s tid=0x000001afd0853a20 nid=14384 runnable  [0x0000001557efe000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
    at test.Main.main(Main.java:9)
...
# 若出现死锁，会打印死锁信息
Found one Java-level deadlock:
...
    1. "main" #1 [14384]，"main"为线程名称，#1 是 Java 线程 ID，[14384]是操作系统分配的线程 ID。
    2. prio=5 os_prio=0，prio 为线程优先级，os_prio 为操作系统优先级。
    3. cpu=8656.25ms elapsed=16.49s，在 CPU 上执行的时间和线程已存在的时间。
    4. tid=xxx nid=14384，线程在 Java 虚拟机中的 ID 和系统分配给线程的 ID。
    5. runnable，线程状态，这里是可运行状态，表示该线程正在等待 CPU 资源执行。
    6. [0x0000001557efe000]，线程堆栈起始地址。
    7. java.lang.Thread.State: RUNNABLE，线程的状态，与上面的 runnable 对应。
    8. at test.Main.main(Main.java:9)，线程堆栈的一部分，指示了线程正在执行的代码位置，具体哪个类的哪个方法的第几行。

JDK 可视化性能监控工具

JConsole

JConsole 是 JDK 自带的图形化性能监控工具，操作很简单，可以自己玩玩儿。

Visual VM

Visual VM 需要单独安装，它可以替代 JDK 命令行工具，甚至替代 JConsole，是到目前为止随 JDK 发布的功能最强大的运行监视和故障处理程序。

第一次安装可能提示找不到 JDK 路径，需修改 /etc/visualvm.conf 指定 JDK 安装 路径。

  • 远程连接

    Visual VM 支持通过 JMX 远程连接 Java 程序，Java 程序需打开 JMX （Java Management Extensions，Java 管理扩展） 端口：

    # 设置Java程序启动参数以便能被远程连接
java
-Dcom.sun.management.jmxremote                   # 启用JMX远程管理
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8888         # 设置JMX端口
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false         # 禁用SSL
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=true # 启用认证
# 指定密码文件的路径，内容格式为username:password。
-Dcom.sun.management.jmxremote.password.file=/path/to/jmxremote.password
-jar xxx.jar

    在需要远程监控的机器上，打开 Visual VM 的 File->Add JMX Connection...，输入连接信息即可。

异常定位

定位异常消耗 CPU 的类

若某个 Java 程序中存在某个大量占用 CPU 资源的类/方法，可以先使用 JDK 的jps指令定位 Java 程序的 PID（进程 ID），再结合第三方性能检测工具pidstat（一个功能强大的性能监测工具，Sysstat 的组件之一），得到该进程下线程信息，找到消耗资源的 TID（线程 ID），再使用 JDK 的jstack指令查询该线程 ID 对应的具体类和方法。

  • 安装 pidstat

    Ubuntu
    sudo apt-get install sysstat
sudo dpkg-reconfigure sysstat
Select "Yes"

  • 定位异常消耗 CPU 的类

    定位进程 ID -> 定位该进程下某个异常线程 ID -> 根据异常线程 ID 定位与之对应的 Java 类/方法

    # 定位 Java 程序 PID
jps
# 根据进程id查询cpu使用率；参数-u表示显示cpu相关参数，1 3 表示每秒采集一次，共采集三次
pidstat -p 1234 -u 1 3
# -t参数监控线程级别；可定位异常占用cpu的线程ID
pidstat -p 1234 -u 1 3 -t
# 使用 jstack 指令导出指定进程下所有线程信息，其中可以找到异常线程ID所对应的类和方法信息
jstack -l 1234 >/tmp/t.txt

    提示

    关注 jstack 输出结果中的 nid （系统分配的线程 ID）即可，它描述了线程对应的具体类和方法信息。

    jstack 输出结果说明见 JDK 命令行工具。

定位异常消耗磁盘 IO 的类

使用 pidstat 工具也可以监控进程内线程的 I/O 情况。

# 定位 Java 程序 PID
jps
# 根据PID定位异常消耗磁盘的线程ID；-d 参数表示监控对象为磁盘I/O；-t 为线程级别的监控；
pidstat -p 1234 -d 1 3 -t
# 找到异常线程ID所对应的类和方法信息
jstack -l 1234 >/tmp/t.txt

定位异常消耗内存的类

pidstat 工具还可以监控进程的内存使用情况。

# 定位 Java 程序 PID
jps
# 根据PID定位异常消耗磁盘的线程ID；-p 参数表示监控对象为内存；-t 为线程级别的监控；
pidstat -p 1234 -r 1 3 -t
# 找到异常线程ID所对应的类和方法信息
jstack -l 1234 >/tmp/t.txt

内存溢出

内存溢出是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用。

导致内存溢出（OutOfMemory，OOM）的常见原因包括堆溢出、直接内存溢出、永久区溢出、栈溢出、线程数量过多（每一个线程开启都会占用系统内存）、GC 低效等。

内存泄漏

内存泄漏是指程序在申请内存后，未能正确释放已申请的内存空间。

分析 Java 堆

前面介绍了通过 jmap、jcmd 能导出堆快照信息，但是原始文件查看不太方便，可以通过 Visual VM 菜单中的 Heap Dump 获取堆快照，可查看堆中的对象、线程、内存占用等信息，界面十分友好。

也可以通过Arthas工具查看堆信息（profiler 指令，提供一个 http 服务的网页），它是阿里 开源的 Java 诊断工具，能时查看应用 load、内存、gc、线程的状态信息。

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