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JVM之监控工具（下）

2022-05-19 418

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简介： JDK 提供了许多命令行工具来用于程序运行时的内存分析，这些工具能在处理应用程序性能问题、定位故障时发挥很大的作用。当 JDK 版本不同，操作系统不同，工具所支持的功能会有差别，这篇文章是基于Windows 10 的 JDK8 版本的环境。

三、可视化工具

JDK 提供大量的命令行工具外，还提供了两个功能强大的可视化工具 JConsole 和 VIsualVM，还有一个常用的商用工具 JProfiler，它们提供可视化界面，比前面的命令行工具使用起来更简单，监控内存数据更直观。

1. JConsole

JConsole（Java Monitoring and Management Console）是一种基于 JMX 的可视化监视、管理工具，我们可以在JAVA_HOME/bin目录下找到它，启动后可以直接连接本地虚拟机进程，也可以使用远程进程来连接远程服务器。它可以监控的内容有：

Memory：监视虚拟机内存，相当于 jstat 命令。
Threads：监控虚拟机线程，相当于 jstack 命令。
Classes：查看 Java 类加载的信息。
VM Summary：查看 JVM 摘要信息。
MBeans：查看所有 MBeans 的信息。

微信图片03.png

2. VisualVM

VisualVM（All-in-One Java Troubleshooting Tool）多合一故障处理工具是到目前为止随 JDK 发布的功能最强大的运行监视和故障处理工具，除此之外它还提供了很多其他方面的功能，如性能分析（Profiling），VisualVM 的性能分析功能比 JProfiler、YourKit 等专业且收费的工具都不会逊色，而且它不需要被监视的程序基于特殊 Agent 运行，因此它对应用程序的实际性能的影响很小，使得它可以直接应用在生产环境中。我们可以通过运行 JAVA_HOME/bin/jvisualvm.exe来启动它。

微信图片04.png

VisualVM 除了监视各种内存状况、查看类转储文件之外，还支持添加各种插件来扩展它的功能，例如添加 BTrace 插件来进行动态日志跟踪，它可以在不停止目标程序运行的前提下，通过 HotSpot 虚拟机的 HotSwap 技术动态加入原本并不存在的调试代码，我们经常会遇到程序出现问题，但排查错误的一些必要信息，比如方法参数、返回值等，在开发时并没有打印到日志当中，正常情况下需要停掉服务，加入日志代码来解决问题，而使用 BTrace 则不需要。假设我们存在下面代码程序：

public class Main {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello GC");
        try {
            Thread.sleep(30000);
            for (int i = 0, n = 10; i < n; i++) {
                System.out.println(add(1, 2));
            }
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在 VisualVM 中安装 BTrace 插件后，右击需要调试的程序点击Trace Application...菜单，进入 BTrace 面板，在里面编写代码如下：

微信图片05.png

BTrace 的用法还有很多，打印调用堆栈、参数、返回值只是最基本的应用，还可以用来性能监视、定位连接泄漏和内存泄漏、解决多线程竞争问题等。

3. JProfiler

JProfiler 是一个商业授权（收费）的 Java 性能分析工具，针对 Java SE 和 Java EE 应用程序开发，它的主要功能有：

内存分析：显示所有对象数量和占用内存
堆遍历：显示堆中所有类和它们的实例
CPU 分析：监控 CPU 使用情况
线程分析：线程历史、线程监控、死锁探测等等

微信图片06.png

查看应用程序运行时类的实例个数和占用空间大小。

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四、实战

Windows 下模拟及排查 CPU 占用高的问题

首先编写运行下面代码来模拟 CPU 占用高的场景：

public class CPU {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (true) {
            i++;
        }
    }
}

在 Windows 系统下通过任务管理器来找到 CPU 占用高的 Java 进程，此时可以确定 CPU 占用高的应用程序进程号为 17368。

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也可以使用命令jps -l来查看该进程下的 Java 应用程序。

微信图片09.png

在 Windows 下面不能直接查看到 CPU 占用高的应用程序中哪个线程 CPU 占用高，所以需要下载 Process Explorer 工具来查看，如下图，找到 CPU 占用高的应用进程。

微信图片010.png

然后右击进程进入属性界面，再点击Threads菜单项，就可以找到 CPU 占用高的线程 ID 为 17176。

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通过计算器或其他方法将 17176 转换成十六进制格式为0x‭4318‬，最后使用jstack 17368来查看应用线程堆栈信息，定位到nid=0x4318的线程，就可以找到 CPU 占用高的程序代码了。

微信图片012.png

Linux 下模拟及排查 CPU 占用高的问题

在 Linux 下的操作过程和 Windows 下的一样，只是使用工具更简单，首先在服务器上运行同样的代码来模拟 CPU 占用过高的场景，然后使用top命令来定位，CPU 占用过高的 Java 程序进程为 18119。

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使用top H -p 18119来查找该进程下的线程状态，可以定位到 CPU 占用过高的线程 ID 为 18120。

微信图片014.png

使用下面命令将 18120 转换成十六进制为46c8，最后使用 jstack 命令来定位出现 CPU 占用高的问题代码。

$ printf %x 18120
46c8
$ jstack 18119|grep -A10 46c8

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