JDK中自帶的JVM分析工具

內存溢出，妥妥的名場面；

一、業務背景

對於分佈式架構中的文件服務來說，由於涉及大量的IO流操作，很容易引發JVM的相關異常，尤其是內存溢出的問題；

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，由於在文件服務中添加批量處理的動作，直接喚醒了隱藏許久的BUG，就是最常見的內存溢出；

問題的起因：在word文檔完成內容識別後，轉換爲pdf文件，然後進行頁面分割轉爲一組圖片，在這個複雜並且超長的流程中存在一個數組容器未銷燬；

解決的方式：分析JVM的dump文件，定位OOM問題引發的根本原因，結合文件服務的異常日誌分析，添加資源的釋放動作，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的問題大致分爲兩種：

• 開發輕鬆解決：可以升級內存資源或者調整分配，又或者對程序優化，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，程序出現重大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纔行，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，裏面有很多開發經常用到命令，下面圍繞一個微服務的啓動和運行，來看看基於JDK中自帶JVM工具的用法；

三、命令行工具

1、jps命令

jps：虛擬機進程狀態工具，該命令在Java環境部署和服務啓動查看時經常用到，首先在本地啓動一個facade門面微服務，然後在命令行中執行查詢；

• jps：命令默認輸出的是進程ID和應用主類的名稱；
• -l：輸出進程ID和應用主類的完整路徑；
• -v：輸出向jvm傳遞的參數，此處展示爲idea中顯式配置的VM-options參數，其他內容自行查看即可；
• -m：輸出向main方法傳遞的參數，服務啓動前可以在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：在命令後面帶pid進程號，可以輸出指定進程的配置信息，在應用啓動時通常不會指定過多的配置參數，就可以使用該命令查詢很多參數的默認值；該命令還可以在運行時動態調整部分參數，只是很少被使用；

$ jinfo 1281            # 只粘貼個別參數
Java System Properties: # 系統參數
    java.runtime.version=1.8.0_144-b01
    file.encoding=UTF-8
    sun.java.command=com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method
    
VM Flags:               # 虛擬機參數
    -XX:InitialHeapSize=134217728 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:MaxNewSize=267911168
    
VM Arguments:           # 運行時參數
    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】參數

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

3、jstat命令

jstat：以指定的頻率輸出JVM的監控指標，下述命令輸出內存佔用和GC相關信息，每隔3秒輸出一次，連續打印5次；由於這裏只是啓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，這裏各項指標的統計邏輯，在tools.jar包中有jstat_options參考文檔，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：輸出指定進程當前時刻在JVM中的線程信息，爲了清楚的展示其效果，在服務啓動時創建線程死鎖，然後通過該命令就會把發生死鎖的線程打印出來，通過輸出可以發現兩條互相等待的線程信息；

$ 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：可以輸出指定進程的內存中對象映射信息，或者堆的關鍵信息、內存的使用統計、GC算法、配置、類的實例信息及內存佔用等，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、可視化工具

1、jconsole

Java內置的JVM性能監控工具，在熟悉上述的命令行工具之後，對於該可視化工具的使用不會太陌生，在命令中可以查看到的默認參數或者應用自定義配置，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界面

這裏選擇線程一欄，可以直觀的看到線程數量的變化曲線，也可以在下方查看某個線程的具體信息，並且可以通過檢測死鎖功能，發現在服務中創建的test-thread-01和test-thread-02兩條線程；

2、visualvm

VisualVM作爲解決JVM問題的常用工具，集成的功能豐富且強大，此處通過Idea插件的方式啓動FacadeApp微服務，在進程主頁可以看到自定義的配置，線程一欄因爲檢測到死鎖直接給到異常提示；

在監視一欄可以通過【堆dump】查看詳細的信息，可以查看類的實例數和大小，並且完成了結果排序和佔用統計；此處信息在定位和解決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行語法差異很小，並且這些命令在jdk中tools.jar包也可以找到其對應的類，對於一些更高級的監控平臺來說，例如Kuboard、Skywalking等，也對這些底層能力做了集成，其原理應該也是大同小異。

五、參考源碼

編程文檔：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

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