JVM调优工具与调优实战

Created in July 04, 2021

2021   ·   Backend JVM

Jmap(生成堆转储快照)

可以用来查看内存信息，实例个数以及占用内存大小

1.先通过jps找到对应项目的进程（19967）

jps:类似 UNIX 的 ps 命令。用于查看所有 Java 进程的启动类、传入参数和 Java 虚拟机参数等信息；

2.通过jmap命令 -histo

jmap:用于生成堆转储快照

需要在对应文件目录执行以下语句，目的是为了生成输出文件log.txt

jmap -histo 19976 > ./log.txt
  • num:序号
  • instances:实例数量
  • bytes:占用空间大小
  • class name: 类名称, [C is a char[],[S is a short[], I is a int[], [B is a byte[],[[l is int[][]

3.通过jmap命令 -heap 查看堆信息

jmap -heap 19976

4.利用jmap导出dump文件 -dump（快照信息）

需要在对应文件目录执行以下语句，目的是为了生成dump文件 eureka.hprof，可以利用可视化工具进行打开

jmap -dump:format=b,file=eureka.hprof 19976

利用命令jvisualvm打开jdk自带可视化工具，并把eureka.hprof文件导入进去

可以设置内存溢出的时候自动导出dump文件(内存很大的时候，可能会导不出来)
1. -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
2. -XX:HeapDumpPath=./(路径)

1. IDEA中配置信息

2. 示例代码

public class OOMTest {

public static List<Object> list = new ArrayList<();
 	// JVM设置
 	//-Xms10M -Xmx10M -XX:+PrintGCDetails -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\jvm. dump
 	public static void main(string[] args) {
 		List<Object> list = new ArrayList<>();
 		int i = 0;
 		int j = 0;
 		while (true) {
 			list. add(new User(i++,UUID.randomUUID().tostring()));
 			new User (j--,UUID.randomUUID().toString());

3. 利用命令jvisualvm打开jdk自带可视化工具，导入dump文件

发现char[]，String，User实例数比较多，因为该代码不断new User，且，User里面包含String属性，String底层就是char[]，所以导致OOM。

jstack

jstack查看死锁

1.用jstack加上进程id查找死锁，如下示例：

public class DeadLockTest {
	private static object lock1 = new object(); 
	private static object lock2 = new object();

	public static void main(string[] args) { 
		new Thread(() -> {
 			synchronized (lock1) {
 				try {
					System.out.printin("thread1 begin"); 
					Thread.sleep (5000);
 				} catch (InterruptedException e) {
 				}
				synchronized (lock2) {
 					system.out.printin("thread1 end");
				}
			}
 		}).start();

		new Thread(() -> {
 			synchronized (lock2) {
 				try {
					System.out.printin("thread2 begin"); 
					Thread.sleep (5000);
 				} catch (InterruptedException e) {
 				}
				synchronized (lock1) {
 					system.out.printin("thread2 end");
				}
			}
 		}).start();

		system.out.printin("main thread end");

	}
}

执行后的情况：

程序停止不动，没有结束，没有执行两个线程的end方法

2.利用jstack命令查看并定位死锁的位置

  • 先利用jps查看程序进程id(20672)
  • 利用jstack查看该进程信息

“Thread-1”线程名
prio-5优先级=5
tid=0x000000001fa9e000 线程id
nid=0x2d64 线程对应的本地线程标识nid
段落引用java.lang.Thread.State: BLOCKED线程状态

  • 往后翻发现一些进程的死锁

可以看到 Thread-1与Thread-0死锁的代码位置

3.也可以用命令jvisualvm打开jdk自带可视化工具自动检查死锁，会自动检查出死锁，点击线程Dump，也可以看到类似上面的死锁信息

jstack找出占用cpu最高的线程堆栈信息

1.示例代码

public class Math {

	public static final int initData = 666;
	public static User user = new User();

	public int compute() { //一个方法对应一块栈帧内存区域
		int a = 1;
		int b =2:
		int c= (a + b) * 10;
		return c;
	}

	public static void main(string[] args) {
		Math math = new Math();
		while (true){
			math.compute();
		}
	}
}

2.利用jstack查看

先利用top命令查看，发现有一个java程序CPU飙高(21919)

  • 1.利用命令top -p ，显示你的java进程的内存情况，pid是你的java程序

top -p 20919

  • 2.按H，获取每个线程的内存情况
  • 3.找到内存和cpu占用最高的线程tid(21920)

  • 4.把(21920)转为十六进制(55a0)，此为线程id的十六进制表示，注意字母小写

  • 5.执行jstack 19663 grep -A 10 55a0,得到线程堆栈信息中4cd0这个线程所在行的后面10行,从堆栈中可以发现导致cpu飙高的调用方法

jstack 21919|grep -A 10 55a0

Jinfo

查看正在运行的Java应用程序的扩展参数

  • 查看jvm的参数

jinfo -flags 21968

  • 查看java系统参数

jinfo -sysprops 21968

jstat(重点)

jstat命令可以查看堆内存各部分的使用量,以及加载类的数量。命令的格式如下:

jstat [-命令选项] [vmid] [间隔时间(毫秒) [查询次数]

注意:使用的jdk版本是jdk8

jstat -gc 21968

  • NGCMN:新生代最小容量
  • NGCMX:新生代最大容量
  • NGC:当前新生代容量
  • SOC:第一个幸存区大小
  • S1C:第二个幸存区的大小
  • EC:伊甸园区的大小
  • OGCMN:老年代最小容量
  • OGCMX:老年代最大容量
  • OGC:当前老年代大小
  • OC:当前老年代大小
  • MCMN:最小元数据容量
  • MCMX:最大元数据容量
  • MC:当前元数据空间大小
  • CCSMN:最小压缩类空间大小
  • CCSMX:最大压缩类空间大小
  • CCSC:当前压缩类空间大小
  • YGC:年轻代gc次数
  • FGC:老年代GC次数

JVM运行情况预估

jstat -gc 21968 1000 10 代表每隔1秒执行1次，总共10次

系统频繁Full GC导致系统卡顿是怎么回事

年轻代对象增长的速率
可以执行命令jstat-gc pid 1000 10 (每隔1秒执行1次命令,共执行10次),通过观察EU(eden区的使用)来估算每秒eden大概新增多少对象,如果系统负截不高,可以把频率1秒换成1分钟,甚至10分钟来观察整体情况,注意,一般系统可能有高峰期和日常期,所以需要在不同的时间分别估算不同情况下对象增长速率。

Young GC的触发频率和每次耗时
知道年轻代对象增长速率我们就能推根据eden区的大小推算出Young GC大概多久触发一次, Young GC的平均耗时可以通过YGCT/YGC公式出,根据结果我们大概就能知道系统大概多久会因为Young GC的执行而卡顿多久。

每次Young GC后有多少对象存活和进入老年代
这个因为之前已经大概知道Young GC的频率,假设是每5分钟一次,那么可以执行命令jstat-gc pid 300000 10 ,观察每次结果eden,survivor和老年代使用的变化情况,在每次gc后eden区使用一般会大幅减少, survivor和老年代都有可能增长,这些增长的对象就是每次Young GC后存活的对象,同时还可以看出每次Young GC后进去老年代大概多少对象,从而可以推算出老年代对象增长速率。

Full GC的胜发频率和每次耗时
知道了老年代对象的增长速率就可以推算出Full GC的触发频率了, Full GC的每次耗时可以用公式FGCT/FGC计算得出.

优化思路其实简单来说就是尽量让每次Young GC后的存活对象小于Survivor区域的50%,都留存在年轻代里。尽量别让对象进入老年代。尽量减少Full GC的频率,避免频繁Full GC对JVM性能的影响.

实例：

  • 机器配置: 2核4G
  • JVM内存大小: 2G
  • 系统运行时间:7天
  • 期间发生的Full GC次数和耗时: 500多次, 200多秒
  • 期间发生的Young GC次数和耗时: 1万多次, 500多秒

大致算下来每天会发生70多次Full GC,平均每小时3次,每次Full GC在400毫秒左右;（Full GC尽量几天发生一次）
每天会发生1000多次Young GC,每分钟会发生1次,每次Young GC在50毫秒左右。

JVM参数配置如下：

  1. -Xms1536M -Xmx1536M -Xmn512M -Xss256K -XX:SurvivorRatio=6 -XX:Metaspacesize=256M -XX:MaxMetaspacesize=256M
  2. -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSInitiatingoccupancyFraction=75 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

下图为猜测运行时数据区：

需要思考：为什么每20分钟会有700多M对象进入老年代？

执行一阵子后，发现YGC与FullGC变大

  • 对于对象动态年龄判断机制导致的full gc较为频繁可以先试着优化JVM参数，把年轻带适当调整大一些
  1. -Xms1536M -Xmx1536M -Xmn1024M -Xss256K -XX:SurvivorRatio=6 -XX:Metaspacesize=256M -XX:MaxMetaspacesize=256M
  2. -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSInitiatingoccupancyFraction=92 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

下图为更改参数后运行时数据区：

执行后发现，没有什么变化，而且Full GC变多了

推测下full gc比minor gc还多的原因有哪些？

  1. 元空间不够导致的多余full gc
  2. 显示调用System.gc()造成多余的full gc,这种一般线上尽量通过-XX:+DisableExplicitGC参数禁用,如果加上了这个JVM启动参数,那么代码中调用System.gc()没有任何效果
  3. 老年代空间分配担保机制

最快速度分析完这些我们推测的原因以及优化后,我们发现young gc和ullg依然很频繁了,而且看到有大量的对象频繁的被挪动到老年代,这种情况我们可以借助jmap命令大概看下是什么对象

1.先打开jvisualvm打开可视化工具，找到对应线程，查看抽象器中的内存，效果与jmap相同

发现byte[]的变动非常大，与之相关的只可能是下面的User

2.我们可以查看抽象器中的CPU

可以看到与我们相关的是一个com.jvm.User<init> 与com.jvm.IndexController.processUserData()，定位发现确实是该位置产生问题，User内部的成员变量byte本身100k(初始化赋值)，每次查询5000次导致每次产生对象大小为500M，所以把查询5000次改为500次发现问题解决。

总结

  • jmap：可以用来查看内存信息，实例个数以及占用内存大小
  • jstack：分析线程状态
  • jstat：jstat命令可以查看堆内存各部分的使用量,以及加载类的数量。

步骤：

  1. 死锁情况
      1. 先用jps查看程序进程的id
      1. 利用jstack + 进程id 查看该进程的信息，找到对应的死锁代码的位置
      1. 也可以利用jvisualvm 打开jdk自带的可视化工具自动检查死锁
  2. jstack找出cpu最高的线程堆栈信息
      1. 先利用top命令，查看发现有一个java程序cpu飙高，找到对应的pid进程号21919
      1. 利用top -p命令显示进程的内存情况，再按H找到内存和cpu占用最高的线程tid 21920
      1. 把线程id转为十六进制(21920)转为十六进制(55a0)
      1. 执行jstack 21919 grep -A 10 55a0 就可以发现导致cpu飙高的调用方法


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