JDK中自带的JVM分析工具

2022-10-25 272

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简介： 解决常规的JVM异常时，通常依赖JDK中基础工具即可完成问题的定位，从而进行分析和解决，不过这些需要对基础工具熟练使用才行，而很多JDK自身的能力又是经常被忽略的；

内存溢出，妥妥的名场面；

一、业务背景

对于分布式架构中的文件服务来说，由于涉及大量的IO流操作，很容易引发JVM的相关异常，尤其是内存溢出的问题；

在最近的一次版本迭代中，真实的业务处理场景和上述几乎一致，由于在文件服务中添加批量处理的动作，直接唤醒了隐藏许久的BUG，就是最常见的内存溢出；

问题的起因：在word文档完成内容识别后，转换为pdf文件，然后进行页面分割转为一组图片，在这个复杂并且超长的流程中存在一个数组容器未销毁；

解决的方式：分析JVM的dump文件，定位OOM问题引发的根本原因，结合文件服务的异常日志分析，添加资源的释放动作，从而解决问题；

二、Jdk-Bin目录

对于相当一部分新手来说，看到JVM的问题都是Bug不知所起一脸懵的，其实这种心态大可不必，从职场几年的开发经验上看，JVM的问题大致分为两种：

开发轻松解决：可以升级内存资源或者调整分配，又或者对程序优化，完成相关资源的管理和释放，这是最常用的手段；
轻松解决开发：由于经验不足，程序出现重大BUG导致JVM异常，进而引起系列的连锁反应，这种不会绝地反弹，只有一地鸡毛；

在解决常规的JVM异常时，通常依赖JDK中基础工具即可完成问题的定位，从而进行分析和解决，不过这些需要对基础工具熟练使用才行，而很多JDK自身的能力又是经常被忽略的；

在jdk的bin目录中，有很多自带工具可以用于对JVM的分析；

上述是基于jdk1.8的目录，里面有很多开发经常用到命令，下面围绕一个微服务的启动和运行，来看看基于JDK中自带JVM工具的用法；

三、命令行工具

1、jps命令

jps：虚拟机进程状态工具，该命令在Java环境部署和服务启动查看时经常用到，首先在本地启动一个facade门面微服务，然后在命令行中执行查询；

jps：命令默认输出的是进程ID和应用主类的名称；
-l：输出进程ID和应用主类的完整路径；
-v：输出向jvm传递的参数，此处展示为idea中显式配置的VM-options参数，其他内容自行查看即可；
-m：输出向main方法传递的参数，服务启动前可以在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：在命令后面带pid进程号，可以输出指定进程的配置信息，在应用启动时通常不会指定过多的配置参数，就可以使用该命令查询很多参数的默认值；该命令还可以在运行时动态调整部分参数，只是很少被使用；

$ jinfo 1281            # 只粘贴个别参数
Java System Properties: # 系统参数
    java.runtime.version=1.8.0_144-b01
    file.encoding=UTF-8
    sun.java.command=com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method
    
VM Flags:               # 虚拟机参数
    -XX:InitialHeapSize=134217728 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:MaxNewSize=267911168
    
VM Arguments:           # 运行时参数
    jvm_args: -Xms128m -Xmx256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m
    java_command: com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method

$ jinfo -sysprops 1281  # 只输出【Java System Properties】参数

$ jinfo -flags 1281     # 只输出【VM Flags】参数

3、jstat命令

jstat：以指定的频率输出JVM的监控指标，下述命令输出内存占用和GC相关信息，每隔3秒输出一次，连续打印5次；由于这里只是启动一个简单的微服务，没有执行业务逻辑，所以各项指标比较平稳；

$ 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

该命令是比较常用的，这里各项指标的统计逻辑，在tools.jar包中有jstat_options参考文档，相对路径sun/tools/jstat/resources/目录下；

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：输出指定进程当前时刻在JVM中的线程信息，为了清楚的展示其效果，在服务启动时创建线程死锁，然后通过该命令就会把发生死锁的线程打印出来，通过输出可以发现两条互相等待的线程信息；

$ 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：可以输出指定进程的内存中对象映射信息，或者堆的关键信息、内存的使用统计、GC算法、配置、类的实例信息及内存占用等，该命令在解决JVM问题时也经常使用；

$ 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、可视化工具

1、jconsole

Java内置的JVM性能监控工具，在熟悉上述的命令行工具之后，对于该可视化工具的使用不会太陌生，在命令中可以查看到的默认参数或者应用自定义配置，在该工具中也可以找到，并且以图形化的方式呈现；

$ jconsole  # 通过该命令会唤起jconsole界面

这里选择线程一栏，可以直观的看到线程数量的变化曲线，也可以在下方查看某个线程的具体信息，并且可以通过检测死锁功能，发现在服务中创建的test-thread-01和test-thread-02两条线程；

2、visualvm

VisualVM作为解决JVM问题的常用工具，集成的功能丰富且强大，此处通过Idea插件的方式启动FacadeApp微服务，在进程主页可以看到自定义的配置，线程一栏因为检测到死锁直接给到异常提示；

在监视一栏可以通过【堆dump】查看详细的信息，可以查看类的实例数和大小，并且完成了结果排序和占用统计；此处信息在定位和解决JVM问题时非常重要；

对于JVM的监控工具来说，其能力与常用的命令行语法差异很小，并且这些命令在jdk中tools.jar包也可以找到其对应的类，对于一些更高级的监控平台来说，例如Kuboard、Skywalking等，也对这些底层能力做了集成，其原理应该也是大同小异。

五、参考源码

编程文档：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

应用仓库：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent