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使用JDK中自带的JVM分析工具解决内存溢出问题原创

1月前
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内存溢出,妥妥的名场面;

一、业务背景

对于分布式架构中的文件服务来说,由于涉及大量的IO流操作,很容易引发JVM的相关异常,尤其是内存溢出的问题;

1.png

在最近的一次版本迭代中,真实的业务处理场景和上述几乎一致,由于在文件服务中添加批量处理的动作,直接唤醒了隐藏许久的BUG,就是最常见的内存溢出;

问题的起因:在word文档完成内容识别后,转换为pdf文件,然后进行页面分割转为一组图片,在这个复杂并且超长的流程中存在一个数组容器未销毁;

解决的方式:分析JVM的dump文件,定位OOM问题引发的根本原因,结合文件服务的异常日志分析,添加资源的释放动作,从而解决问题;

二、Jdk-Bin目录

对于相当一部分新手来说,看到JVM的问题都是Bug不知所起一脸懵的,其实这种心态大可不必,从职场几年的开发经验上看,JVM的问题大致分为两种:

  • 开发轻松解决:可以升级内存资源或者调整分配,又或者对程序优化,完成相关资源的管理和释放,这是最常用的手段;
  • 轻松解决开发:由于经验不足,程序出现重大BUG导致JVM异常,进而引起系列的连锁反应,这种不会绝地反弹,只有一地鸡毛;

在解决常规的JVM异常时,通常依赖JDK中基础工具即可完成问题的定位,从而进行分析和解决,不过这些需要对基础工具熟练使用才行,而很多JDK自身的能力又是经常被忽略的;

在jdk的bin目录中,有很多自带工具可以用于对JVM的分析;

2.png

上述是基于jdk1.8的目录,里面有很多开发经常用到命令,下面围绕一个微服务的启动和运行,来看看基于JDK中自带JVM工具的用法;

三、命令行工具

1、jps命令

jps:虚拟机进程状态工具,该命令在Java环境部署和服务启动查看时经常用到,首先在本地启动一个facade门面微服务,然后在命令行中执行查询;

  • jps:命令默认输出的是进程ID和应用主类的名称;
  • -l:输出进程ID和应用主类的完整路径;
  • -v:输出向jvm传递的参数,此处展示为idea中显式配置的VM-options参数,其他内容自行查看即可;
  • -m:输出向main方法传递的参数,服务启动前可以在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:在命令后面带pid进程号,可以输出指定进程的配置信息,在应用启动时通常不会指定过多的配置参数,就可以使用该命令查询很多参数的默认值;该命令还可以在运行时动态调整部分参数,只是很少被使用;

$ jinfo 1281            # 只粘贴个别参数
Java System Properties: # 系统参数
    java.runtime.version=1.8.0_144-b01
    file.encoding=UTF-8
    sun.java.command=com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method
    
VM Flags:               # 虚拟机参数
    -XX:InitialHeapSize=134217728 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:MaxNewSize=267911168
    
VM Arguments:           # 运行时参数
    jvm_args: -Xms128m -Xmx256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m
    java_command: com.explore.facade.FacadeApp hello,main-method

$ jinfo -sysprops 1281  # 只输出【Java System Properties】参数

$ jinfo -flags 1281     # 只输出【VM Flags】参数

3、jstat命令

jstat:以指定的频率输出JVM的监控指标,下述命令输出内存占用和GC相关信息,每隔3秒输出一次,连续打印5次;由于这里只是启动一个简单的微服务,没有执行业务逻辑,所以各项指标比较平稳;

$ 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

该命令是比较常用的,这里各项指标的统计逻辑,在tools.jar包中有jstat_options参考文档,相对路径sun/tools/jstat/resources/目录下;

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:输出指定进程当前时刻在JVM中的线程信息,为了清楚的展示其效果,在服务启动时创建线程死锁,然后通过该命令就会把发生死锁的线程打印出来,通过输出可以发现两条互相等待的线程信息;

$ 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:可以输出指定进程的内存中对象映射信息,或者堆的关键信息、内存的使用统计、GC算法、配置、类的实例信息及内存占用等,该命令在解决JVM问题时也经常使用;

$ 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、可视化工具

1、jconsole

Java内置的JVM性能监控工具,在熟悉上述的命令行工具之后,对于该可视化工具的使用不会太陌生,在命令中可以查看到的默认参数或者应用自定义配置,在该工具中也可以找到,并且以图形化的方式呈现;

$ jconsole  # 通过该命令会唤起jconsole界面

3.png

这里选择线程一栏,可以直观的看到线程数量的变化曲线,也可以在下方查看某个线程的具体信息,并且可以通过检测死锁功能,发现在服务中创建的test-thread-01和test-thread-02两条线程;

4.png

2、visualvm

VisualVM作为解决JVM问题的常用工具,集成的功能丰富且强大,此处通过Idea插件的方式启动FacadeApp微服务,在进程主页可以看到自定义的配置,线程一栏因为检测到死锁直接给到异常提示;

5.png

在监视一栏可以通过【堆dump】查看详细的信息,可以查看类的实例数和大小,并且完成了结果排序和占用统计;此处信息在定位和解决JVM问题时非常重要;

6.png

对于JVM的监控工具来说,其能力与常用的命令行语法差异很小,并且这些命令在jdk中tools.jar包也可以找到其对应的类,对于一些更高级的监控平台来说,例如Kuboard、Skywalking等,也对这些底层能力做了集成,其原理应该也是大同小异。

五、参考源码

编程文档:
https://gitee.com/cicada**ile/butte-java-note

应用仓库:
https://gitee.com/cicada**ile/butte-flyer-parent
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知了一笑

总结,积累,用心记录。

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