• java:线上问题排查常用手段


    一、jmap找出占用内存较大的实例

    先给个示例代码:

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    
    /**
     * Created by 菩提树下的杨过 on 05/09/2017.
     */
    public class OOMTest {
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
            int max = 10000;
            List<Person> list = new ArrayList<>(max);
            for (int j = 0; j < max; j++) {
                Person p = new Person();
                p.setAge(100);
                p.setName("菩提树下的杨过");
                list.add(p);
            }
            System.out.println("ready!");
            latch.await();
        }
    
    
        public static class Person {
            private String name;
            private int age;
    
            public String getName() {
                return name;
            }
    
            public void setName(String name) {
                this.name = name;
            }
    
            public int getAge() {
                return age;
            }
    
            public void setAge(int age) {
                this.age = age;
            }
        }
    }  

    List中放了1w个Person对象的实例,先把这段程序跑起来

    javac OOMTest.java

    java OOMTest

    然后再开一个窗口,jps -l  找出该程序的pid

    然后执行 jmap -histo:live 7320 (注:如果输出内容太多,只想看排名前10的,可以加 | head -10)

    输出结果,会按内存使用量,从大到小依次把对象的实际个数,占用内存数量(字节数)打印出来,最后还会输出汇总信息

    以上面的示例来说,OOMTest$Person这个类的实例数为10000个,总共占用240000字节(注:即每个实例24字节),这个程序总占用内存数为725464字节,约:0.69M。

    另外还有一些[C,[B这类class name,大概意思为:

    [C is a char[]
    [S is a short[]
    [I is a int[]
    [B is a byte[]
    [[I is a int[][]

    [C对象往往跟String有关,String其内部使用final char[]数组来保存数据的

    constMethodKlass/ methodKlass/ constantPoolKlass/ constantPoolCacheKlass/ instanceKlassKlass/ methodDataKlass

    与Classloader相关,常驻与Perm区。

    二、找出某个java应用打开的句柄数及线程数

    ll /proc/{pid}/fd | wc -l 查看打开的句柄数

    ll /proc/{pid}/task | wc -l 查看线程数

    三、jmap 查看堆内存的各项配置

    jmap -heap pid 可以看到类似下面的输出:

    using thread-local object allocation.
    Parallel GC with 4 thread(s)  //当前使用的GC方式(并行GC)
    
    Heap Configuration:  //堆内存配置
       MinHeapFreeRatio         = 0   //对应jvm启动参数-XX:MinHeapFreeRatio设置JVM堆最小空闲比率(java8默认0)
       MaxHeapFreeRatio         = 100 //对应jvm启动参数-XX:MaxHeapFreeRatio设置JVM堆最大空闲比率 
       MaxHeapSize              = 8388608 (8.0MB) //对应jvm启动参数-XX:MaxHeapSize=设置JVM堆的最大大小(或-Xmx参数)
       NewSize                  = 5242880 (5.0MB) //对应jvm启动参数-XX:NewSize=设置JVM堆的‘新生代’的默认
       MaxNewSize               = 5242880 (5.0MB) //对应jvm启动参数-XX:MaxNewSize=设置JVM堆的‘新生代’的最大大小 
       OldSize                  = 3145728 (3.0MB) //对应jvm启动参数-XX:OldSize=设置JVM堆的‘老生代’的大小 
       NewRatio                 = 2 //对应jvm启动参数-XX:NewRatio=:‘新生代’和‘老生代’的大小比率 
       SurvivorRatio            = 8 //对应jvm启动参数-XX:SurvivorRatio=设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值 
       MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
       CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
       MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
       G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)
    
    Heap Usage: //堆内存使用情况 
    PS Young Generation
    Eden Space: //Eden区分布
       capacity = 2621440 (2.5MB) //Eden区总容量
       used     = 2328088 (2.2202377319335938MB) //Eden区已使用
       free     = 293352 (0.27976226806640625MB) //Eden区剩余容量
       88.80950927734375% used
    From Space: //其中一个Survivor区的内存分布
       capacity = 1572864 (1.5MB)
       used     = 360448 (0.34375MB)
       free     = 1212416 (1.15625MB)
       22.916666666666668% used
    To Space: //另一个Survivor区的内存分布
       capacity = 1048576 (1.0MB)
       used     = 0 (0.0MB)
       free     = 1048576 (1.0MB)
       0.0% used
    PS Old Generation //当前的Old区内存分布 
       capacity = 3145728 (3.0MB)
       used     = 1458968 (1.3913803100585938MB)
       free     = 1686760 (1.6086196899414062MB)
       46.37934366861979% used
    
    3759 interned Strings occupying 298824 bytes.
    

    注:5-16行是堆内存的主要配置,这些参数都可以通过 java -XX:参数名=参数值 来调整其大小,比如:

    java -XX:MinHeapFreeRatio=20 -XX:MaxHeapFreeRatio=80 -Xmx100m -XX:MetaspaceSize=50M -XX:NewRatio=3 将影响MinHeapFreeRatio、MaxHeapFreeRatio、MaxHeapSize、MetaspaceSize、NewRatio的值

    注意下NewRatio,这个值指的 老年代(Old Generation): 新生代(Young Generation)的比值,上面设置成3,所以OldSize为75m,而NewSize为25m,参考下图:

    注:这是jdk7的示意图,jdk8中Permanent Generation被去掉了,新加入了Metaspace区,但这个区别不影响对 新生代、老生代的理解。

    新生代(Young Generation)又可以细分为eden、s0、s1 三大块。

    java7与java8的内存变化,大致如上图。

    SurvirorRatio这个要难算一点,按Oracle官网的解释:https://docs.oracle.com/cd/E19159-01/819-3681/abeil/index.html ,默认值是8,即:每块survivor: eden区的大小为1:8,换句话说 s0 = s1 = 1 / (1+1+8) = 1/10

    注:虽然官网这么解释,但是我实际算了下,好象并不是严格按这个比例来算的,只能大概说是这个分配比例。(结论就是:SurvirorRatio设置越大,eden区就越大)

    四、找出占用CPU最高的线程

    先来一段演示代码:

    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    
    /**
     * Created by 菩提树下的杨过 on 05/09/2017.
     */
    public class OOMTest {
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
            int max = 100;
            for (int i = 0; i < max; i++) {
                Thread t = new Thread() {
                    public void run() {
                        try {
                            Thread.sleep(50);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            Thread.currentThread().interrupt();
                        }
                    }
                };
                t.setName("thread-" + i);
                t.start();
            }
            Thread t = new Thread() {
                public void run() {
                    int i = 0;
                    while (true) {
                        i = (i++) / 10;
                    }
                }
            };
            t.setName("BUSY THREAD");
            t.start();
            System.out.println("ready");
            latch.await();
        }
    
    }
    

    这里面有100个线程是空转的,另外还有一个线程BUSY THREAD在狂跑CPU。

    javac OOMTest.java

    java OOMTest

    把程序跑起来,jps -l 找出pid,然后  top -Hp pid

    可以看到pid 16813这个对应的线程,把CPU快跑满了,达到了98.5%

    接下来,将16813转换成16进制 ,即41ad (tips: printf "%x" 16813 ) ,然后

    jstack pid | grep '41ad'

    我们就把最忙的这个线程BUSY THREAD给找出来了(注:这个技巧再次说明了,给线程取个好名字相当重要!)

    tips:如果使用spring-boot的话,直接在浏览器里查看/dump端点,也可以达到类似jstack的效果。

    五、jvisualvm 查看运行情况

    JDK_HOME/bin下有一个自带的jvisualvm工具,可以图形化的查看GC情况(注:要安装插件)

    java.net这个网站已经被oracle关了,所以安装插件这里,有点小麻烦,先到https://visualvm.github.io/pluginscenters.html 这里找到jvisualvm对应的jdk版本号,以jdk8为例,地址就是 https://visualvm.github.io/uc/8u131/updates.xml.gz

    然后,把这个地址在Plugins里的Settings里改一下,然后Available Plugin这里,就能看到可用插件了,选择GC插件并安装。

    点击查看原图

    可以来一段代码,然后用jvisualvm来看下GC情况

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * Created by 菩提树下的杨过 on 05/09/2017.
     */
    public class OOMTest {
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            List<String> list = new ArrayList<>();
            while (true) {
                Thread.sleep(10);
                list.add("菩提树下的杨过" + System.currentTimeMillis());
            }
        }
    }
    

     点击查看原图

    可以直观的看到Old区,Eden区,S0,S1以及Metaspace区的内存变化情况,以上图为例:Old Gen区占用内存一直在增加,表示可能有内存一直未被释放,值得关注。

    此外,还可以看到占用内存最多的类(即:本文最开始提到的)

    点击查看原图

    还可以更进一步点击看详情,比如下面的图,就能发现Metaspace已经OOM了

    点击查看原图

    也可以查看哪些线程最忙

    点击查看原图

    六、使用jstat 查看GC

    虽然jvisualvm很好用,但是通常服务器是用终端连上的,无法运行图形化界面,而且也并非所有应用都开启了jmx,所以掌握jstat以命令行方式查看GC情况也是蛮重要的

    用法:jstat -gc pid 采样间隔毫秒数,比如: jstat -gc 8544 5000,将每隔5s采样一次pid为8544的gc情况

    以上图为例:红剪头的地方,S0区的已用量降到0,而S1区的已用量上涨,即说明发生了Young GC,对象从S0区被迁移到了S1区。

    title栏的含义如下:

    S0C - 新生代中第1块survivor 的容量(Survivor 0 Capacity),KB单位
    S1C - 新生代中第2块survivor 的容量(Survivor 1 Capacity),KB单位
    S0U - 新生代中第1块survivor 已使用空间数(Survivor 0 Used),KB单位
    S1U - 新生代中第2块survivor 已使用空间数(Survivor 0 Used),KB单位
    EC - Eden区的容量(KB)
    EU - Eden区已使用(KB数)
    OC - Old区的容量(KB)
    OU - Old区已使用(KB数)
    MC - Metaspace容量(KB)
    MU - Metaspace已使用KB
    CCSC - 压缩类的内存容量(KB)
    CCSU - 压缩类的已用容量(KB)
    YGC - (从应用启动算起,到采样时的) Young GC次数
    YGCT - (从应用启动算起,到采样时的) Young GC所用时间(秒)
    FGC - (从应用启动算起,到采样时的) Full GC次数
    FGCT - (从应用启动算起,到采样时的) Full GC所用时间(秒) 
    GCT - (从应用启动算起,到采样时的) Yong GC + Full GC的总时间

    值得一提的是G1垃圾回收器,在大堆(>4G)时,用G1可能效果会更好,G1的开启方法:

    -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 

    开启后,再使用jmap -heap pid 

    可以看到从默认的并发GC变成了G1.

    jstat -gc pid 5000

    看到S0全是0,这也是G1的一个特点,将新生代与老年代的划分取消掉了,而是用region的新概念,把整个堆内存划分成一个个region,详情见本文最后的参考文章。

    七、导出整个jvm的dump

    jmap -dump:format=b,file=文件名 [pid]

    最后这个算是放大招了,把整个jvm都导出来分析,通常是其它手段都搞不定的时候,才找运维去搞这个,导出的文件体积大,而且导出时会使应用停顿。把这个文件弄到本地后,可以用eclipse的一个插件MAT来分析,下载地址:http://www.eclipse.org/mat/downloads.php

    参考文章:

    Java GC系列 http://www.importnew.com/13504.html

    深入理解 Java G1 垃圾收集器 http://blog.jobbole.com/109170/

    jstat Oracle官方介绍 http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jstat.html 

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