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。

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());
        }
    }
}

 

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）

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

也可以查看哪些线程最忙

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