Java生产环境监控与调优 1

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第一章：基于JDK命令行工具的监控

本文主要参考慕课网若鱼老师课程Java生产环境下性能监控与调优详解

请支持正版，抵制盗版，维护每一位辛苦付出的人的合法权益！

本章关键词：JVM参数、jps、jstat、内存溢出、MAT、jstack

一、JVM的基本参数

1. 标准参数

这类参数相对比较稳定

1. -help
2. -server -client
3. -version -showversion
4. -cp -classpath

例如：

• java -version
• java -help

2. X参数

非标准化参数（可能在JVM的各个版本中会有变化，但是变化的比较小）

1. -Xint：解释执行
2. -Xcomp：第一次使用就编译成本地代码
3. -Xmixed：混合模式，JVM自己来决定是否编译成本地代码

3. XX参数

非标准化参数，相对不稳定，主要用于JVM调优和Debug

• Boolean类型

格式：-XX:[+-]<name> 表示启用或者禁用name属性

• 比如:
  -XX:+UseConcMarkSweepGC
  -XX:+UseG1GC

• 非Boolean类型

格式：-XX:<name>=<value> 表示name属性的值是value

• 比如:-XX:MaxGCPauseMillis=500
  XX:GCTimeRatio=19

• -Xmx -Xms -Xss属于XX参数
• -Xms等价于-XX:InitialHeapSize(初始化堆大小)
• -Xmx等价于-XX:MaxHeapSize（最大的堆大小）
• -Xss等价于-XX:ThreadStackSize（堆栈内存大小）

二、查看JVM运行时参数

1. 相关参数

• -XX:+PrintFlagsInitial(初始值，有可能被修改)
• -XX:+PrintFlagsFinal(最终值)
• -XX:+UnlockExperimentalVMOptions(解锁实验参数)
• -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions(解锁诊断参数)

• -XX:+PrintCommandLineFlags(打印命令行参数)

   

  

  参数.png

• java -XX:+PrintFlagsFinal -version > flags.txt 将内容打印到flags.txt文件中

   

  

  文件截图.png

2. jps(专门用来查看java进程的id，类似Linux上的ps）

jsp例子.png

jdk8工具集： 相关命令都有完整的文档，不明白的可以查看此文档

3.jinfo(查看一个正在运行的JVM里的参数值)

jinfo示例.png

jinfo示例2.png

三、jstat查看JVM统计信息

1.可以查看信息

• 类加载
• 垃圾收集
• JIT编译

2.命令格式

• jstat -help|-options
• jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

options:-class,-compiler,-gc,-printcompilation等，详情参考相关文档

jstat示例.png

注：1000代表每隔1000毫秒（1秒） 10代表输出十次

查看垃圾回收信息：-gc，-gcutil，-gccause，-gcnew，-gcold

• -gc输出结果
  s0c、s1c、s0u、s1u：s0与s1的总量和使用量；
  EC，EU：eden区总量和使用量；
  OC，OU：old区总量和使用量；
  MC，MU：Metaspace区总量和使用量；
  CCSC，CCSU：压缩类空间总量和使用量；
  YGC，YGCT：YoungGC的次数与时间；
  FGC，FGCT：FullGC的次数与时间；
  GCT：总的GC时间。

3.JVM内存结构

JVM内存结构.png

JDK8中非堆区叫Metaspace，1.7之前是没有的，1.7之前有一个区域叫PermGen space（Permanent Generation space,是指内存的永久保存区域），JDK8中完全移除了PermGen space
s0又叫From Survivor
s1又叫To Survivor

4.JIT编译(了解)

• -compiler
• -printcompilation

四、演示内存溢出

1.代码演示堆内存溢出

• 新建一个SpringBoot项目
• 新建一个用户实体类

public class User {
    private int id;

    private String name;

    public User(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

• 建一个Controller做测试

/**
 * @author Qinxianyun
 * @version V1.0
 * @time 2018/7/15.14:51
 * @description 堆内存溢出
 */
@RestController
public class MemoryController {

    private List<User> userList = new ArrayList<>();

    /**
     * -Xmx32M -Xms32M
     * @return
     */
    @GetMapping("heap")
    public String heap(){
        int i= 0;
        while (true){
            userList.add(new User(i++,UUID.randomUUID().toString()));
        }
    }
}

• 修改jvm参数

idea设置项目的jvm参数方法：run->Edit Configurations，详情见下图

idea设置jvm参数.png

idea设置jvm参数2.png

• 访问地址http://localhost:8080/heap

• 很快控制台会报出如下错误

   

  

  堆内存溢出报错.png

2.代码演示Metaspcace内存溢出

• pom文件引入jar

      <dependency>
          <groupId>asm</groupId>
            <artifactId>asm</artifactId>
            <version>3.3.1</version>
        </dependency>

• 编写动态生成类代码

package com.qinxianyun.monitor_tuning.chapter2;

import org.hibernate.validator.constraints.EAN;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @author Qinxianyun
 * @version V1.0
 * @time 2018/7/15.15:20
 * @description 动态创建类
 */
public class MetaSpace extends ClassLoader{

    public static List<Class<?>> createClasses(){
        //类持有
        List<Class<?>> classes = new ArrayList<>();
        //循环1000w次生成1000w个不同的类
        for (int i = 0;i < 10000000; ++i){
            ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
            //定义一个类名称为Class{i} 它的访问域为public 父类为java.lang.Object 不实现任何接口
            cw.visit(Opcodes.V1_1,Opcodes.ACC_PUBLIC,"Class" + i,null,"java/lang/Object",null);
            //定义构造函数<init>方法
            MethodVisitor mw = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC,"<init>","()V",null,null);
            //第一个指令为加载this
            mw.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD,0);
            //第二个指令为调用父类Object的构造函数
            mw.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL,"java/lang/Object","<init>","()V");
            //第三条指令为return
            mw.visitInsn(Opcodes.RETURN);
            mw.visitMaxs(1,1);
            mw.visitEnd();
            MetaSpace test = new MetaSpace();
            byte[] code = cw.toByteArray();
            //定义类
            Class<?> exampleClass = test.defineClass("Class" + i,code,0,code.length);
            classes.add(exampleClass);
        }
        return classes;
    }
}

• controller测试代码

/**
     * MetaSpace内存溢出
     * -XX:MetaspaceSize=32M -XX:MaxMetaspaceSize=32M
     * @return
     */
    @GetMapping("nonheap")
    public String nonheap(){
        while (true){
            classArrayList.addAll(MetaSpace.createClasses());
        }
    }

• 设置jvm参数

-XX:MetaspaceSize=32M -XX:MaxMetaspaceSize=32M

• 启动项目，访问nonheap，过一段时间会出现报错

   

  

  Metaspace内存溢出报出.png

   

  

  Metaspace内存溢出错误.png

注意：我这边用idea，将-XX:MetaspaceSize=64M -XX:MaxMetaspaceSize=64M都设置了64M，如果设置32M的话，项目启动就报错

 

启动报错.png

五、导出内存映像文件

1.JAVA内存泄漏和C++ 内存泄漏区别

C++中内存泄漏： new了一个对象之后，把这个对象的指针丢失，这块内存就永远达不到释放了
JAVA中内存泄漏：new了一个对象之后，一直不释放，占着内存

2.如何导出内存映像文件

• 内存溢出自动导出

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=./

设置了这两个参数后，出现内存溢出后，会自动下载文件到当前目录，详情如下：

下载文件.png

• 使用jmap命令手动导出

jmap -dump:format=b,file=heap.hprof 10148

jmap导出.png

• 取舍
  两种方式都可以用，但是内存比较大的时候，自动导出可能会导不出来，所以jmap比较常用

六、MAT分析内存溢出

1.下载MAT

到官网下载对应版本MAT

2.打开.hprof文件

MAT分析.png

• Leak Suspects指怀疑有内存泄漏

   

  

  分析报告.png

• 查看对象数量

   

  

  查看对象数量.png

Retained Heap 所占内存大小
Shallow Heap不包含内部对象，所占内存大小

查看是谁引用了该对象，排除虚引用，只看强引用

是谁引用该对象.png

• 查看对象所占字节数

   

  

  查看所占字节数.png

常用的两个分析方式就是以上两种，线上环境肯定更为复杂，需要更为仔细的分析与考证

七、jstack实战死循环与死锁

前面介绍了jmap来导出内存映像，MAT分析内存溢出原因，jstack则用来打印JVM内部所有的线程

1.命令格式

命令格式.png

2.示例

C:\Users\Administrator\Desktop>jps -l
7200 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
7888 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer
10148 com.qinxianyun.monitor_tuning.MonitorTuningApplication
3636
2136 D:\mat\plugins/org.eclipse.equinox.launcher_1.5.0.v20180512-1130.jar
2984 sun.tools.jps.Jps
C:\Users\Administrator\Desktop>jstack 10148 > 10148.txt

• 输出了10148.txt文件到桌面

• java线程状态

NEW/RUNNABLE/BLOCKED/WAITING/TIMED_WAITING/TERMINATED
状态解释查看官方文档

• 线程状态转换
  可以参考文章怎样了解你的线程在干嘛?

  

  线程状态转换.png

3.实战死循环导致CPU飚高

package com.qinxianyun.monitor_tuning.chapter2;

import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @author Qinxianyun
 * @version V1.0
 * @time 2018/7/15.17:19
 * @description 死循环
 */
@RestController
public class CpuController {
    @RequestMapping("/loop")
    public List<Long> loop(){
        String data = "{\"data\":[{\"partnerid\":]";
        return getPartneridsFromJson(data);

    }
    public static List<Long> getPartneridsFromJson(String data){
        //{\"data\":[{\"partnerid\":982,\"count\":\"10000\",\"cityid\":\"11\"},{\"partnerid\":983,\"count\":\"10000\",\"cityid\":\"11\"},{\"partnerid\":984,\"count\":\"10000\",\"cityid\":\"11\"}]}
        //上面是正常的数据
        List<Long> list = new ArrayList<>(2);
        if(data == null || data.length() <= 0){
            return list;
        }
        int datapos = data.indexOf("data");
        if(datapos < 0){
            return list;
        }
        int leftBracket = data.indexOf("[",datapos);
        int rightBracket= data.indexOf("]",datapos);
        if(leftBracket < 0 || rightBracket < 0){
            return list;
        }
        String partners = data.substring(leftBracket+1,rightBracket);
        if(partners == null || partners.length() <= 0){
            return list;
        }
        while(partners!=null && partners.length() > 0){
            int idpos = partners.indexOf("partnerid");
            if(idpos < 0){
                break;
            }
            int colonpos = partners.indexOf(":",idpos);
            int commapos = partners.indexOf(",",idpos);
            if(colonpos < 0 || commapos < 0){
                //partners = partners.substring(idpos+"partnerid".length());//1
                continue;
            }
            String pid = partners.substring(colonpos+1,commapos);
            if(pid == null || pid.length() <= 0){
                //partners = partners.substring(idpos+"partnerid".length());//2
                continue;
            }
            try{
                list.add(Long.parseLong(pid));
            }catch(Exception e){
                //do nothing
            }
            partners = partners.substring(commapos);
        }
        return list;
    }
}

• 定位问题
  首先top命令查看cpu使用率，找到使用最高的pid
  使用jstack pid > pid.txt
  sz pid.txt下载文件
  top -p pid -h 打印所有线程，查看占用cpu最高的几个线程

4.死锁导致CPU飚高

private Object lock1 = new Object();
    private Object lock2 = new Object();

    /**
     * 死锁
     * @return
     */
    @RequestMapping("/deadlock")
    public String deadlock(){
        new Thread(()->{
            synchronized (lock1){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (Exception e){

                }
                synchronized (lock2){
                    System.out.println("Thread1 over");
                }
            }
        }).start();
        new Thread(()->{
            synchronized (lock2){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (Exception e){

                }
                synchronized (lock1){
                    System.out.println("Thread1 over");
                }
            }
        }).start();
        return "deadlock";
    }

注意：使用nohup java -jar XXX.jar启动，表示把日志输出到nohup.out文件中
实时查看日志文件：tail -f nohup.out

• 定位问题
  查看进程id
  jstack pid >pid.txt
  文件最后会帮我们定位到一个死锁的问题（Found 1 deadlock）