JVM工具使用和生产Full GC排查

本文对Java虚拟机工具的使用进行总结，并且记录了通过堆栈快照进行排查问题的思路，以便后续再发生问题时能够提供参考。

一、Java虚拟机工具

1、jps命令

jps是java提供的一个显示当前所有java进程pid的命令，适合在linux/unix平台上简单察看当前java进程的一些简单情况。很多人都是用过unix系统里的ps命令，这个命令主要是用来显示当前系统的进程情况，有哪些进程以及进程id。 jps 也是一样，它的作用是显示当前系统的java进程情况及进程id。

usage: jps [-help]
       jps [-q] [-mlvV] [<hostid>]

Definitions:
    <hostid>:      <hostname>[:<port>]
说明：
-q   只显示pid，不显示class名称,jar文件名和传递给main方法的参数
-m   输出传递给main方法的参数，在嵌入式jvm上可能是null
-l   输出应用程序main class的完整package名或者应用程序的jar文件完整路径名
-v   输出传递给JVM的参数
-V   隐藏输出传递给JVM的参数

示例1：只使用jps命令

示例2：jps -q

示例3: jps -m

示例4：jps -l

示例5： jps -v

jps -v 可以用于查看JVM的启动参数

jps主要是为了获取java进程的PID，以及使用jps -v查看传递给JVM的参数。

2、jmap 命令

命令jmap是一个多功能的命令。它可以生成 java 程序的 dump 文件， 也可以查看堆内对象示例的统计信息、查看 ClassLoader 的信息以及 finalizer 队列。

Usage:
    jmap [option] <pid>
        (to connect to running process)
    jmap [option] <executable <core>
        (to connect to a core file)
    jmap [option] [server_id@]<remote server IP or hostname>
        (to connect to remote debug server)

where <option> is one of:
    <none>               查看进程的内存映像信息,类似 Solaris pmap 命令。
    -heap                显示Java堆详细信息
    -histo[:live]        显示堆中对象的统计信息
                         
    -clstats             打印类加载器信息
    -finalizerinfo       显示在F-Queue队列等待Finalizer线程执行finalizer方法的对象
    -dump:<dump-options> 生成堆转储快照
                         dump-options:
                           live         只dump出存活的对象，如果不指定，堆中所有对象都会被dump
                                        
                           format=b     binary format
                           file=<file>  dump heap to <file>
                         Example: jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin <pid>
    -F                   force. Use with -dump:<dump-options> <pid> or -histo
                         to force a heap dump or histogram when <pid> does not
                         respond. The "live" suboption is not supported
                         in this mode.
    -h | -help           to print this help message
    -J<flag>             指定传递给运行jmap的JVM的参数

示例1：no option

命令：jmap pid

使用不带选项参数的jmap打印共享对象映射，将会打印目标虚拟机中加载的每个共享对象的起始地址、映射大小以及共享对象文件的路径全称。这与Solaris的pmap工具比较相似。

示例2：heap

命令：jmap -heap pid

显示Java堆详细信息，打印一个堆的摘要信息，包括使用的GC算法、堆配置信息和各内存区域内存使用信息。

示例3：histo[:live]

命令：jmap -histo:live pid

显示堆中对象的统计信息。其中包括每个Java类、对象数量、内存大小(单位：字节)、完全限定的类名。打印的虚拟机内部的类名称将会带有一个’*’前缀。如果指定了live子选项，则只计算活动的对象。

示例4：clstats

命令：jmap -clstats pid

-clstats是-permstat的替代方案，在JDK8之前，-permstat用来打印类加载器的数据
打印Java堆内存的永久保存区域的类加载器的智能统计信息。对于每个类加载器而言，它的名称、活跃度、地址、父类加载器、它所加载的类的数量和大小都会被打印。此外，包含的字符串数量和大小也会被打印。

示例5：finalizerinfo

命令：jmap -finalizerinfo pid

描述：打印等待终结的对象信息

Number of objects pending for finalization: 0 说明当前F-QUEUE队列中并没有等待Fializer线程执行final

示例6：dump:

命令：jmap -dump:format=b,file=heapdump.hprof pid

生成堆转储快照dump文件。以hprof二进制格式转储Java堆到指定filename的文件中。live子选项是可选的。如果指定了live子选项，堆中只有活动的对象会被转储。想要浏览heap dump，你可以使用jhat(Java堆分析工具)读取生成的文件。

这个命令执行，JVM会将整个heap的信息dump写入到一个文件，heap如果比较大的话，就会导致这个过程比较耗时，并且执行的过程中为了保证dump的信息是可靠的，所以会暂停应用， 线上系统慎用。

jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin

3、jstat命令

Jstat是JDK自带的一个轻量级小工具。全称“Java Virtual Machine statistics monitoring tool”，它位于java的bin目录下，主要利用JVM内建的指令对Java应用程序的资源和性能进行实时的命令行的监控，包括了对Heap size和垃圾回收状况的监控。

Usage: jstat -help|-options
       jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]
       
option： 参数选项
-t： 可以在打印的列加上Timestamp列，用于显示系统运行的时间
-h： 可以在周期性数据数据的时候，可以在指定输出多少行以后输出一次表头
vmid： Virtual Machine ID（ 进程的 pid）
interval： 执行每次的间隔时间，单位为毫秒
count： 用于指定输出多少次记录，缺省则会一直打印

option 可以从下面参数中选择
-class 显示ClassLoad的相关信息；
-compiler 显示JIT编译的相关信息；
-gc 显示和gc相关的堆信息；
-gccapacity 　　 显示各个代的容量以及使用情况；
-gcmetacapacity 显示metaspace的大小
-gcnew 显示新生代信息；
-gcnewcapacity 显示新生代大小和使用情况；
-gcold 显示老年代和永久代的信息；
-gcoldcapacity 显示老年代的大小；
-gcutil　　 显示垃圾收集信息；
-gccause 显示垃圾回收的相关信息（通-gcutil）,同时显示最后一次或当前正在发生的垃圾回收的诱因；
-printcompilation 输出JIT编译的方法信息；

示例1：-class

显示加载class的数量，及所占空间等信息。

• Loaded : 已经装载的类的数量
• Bytes : 装载类所占用的字节数
• Unloaded：已经卸载类的数量
• Bytes：卸载类的字节数
• Time：装载和卸载类所花费的时间

示例2：-compiler

显示VM实时编译(JIT)的数量等信息。

示例3：-gc

显示和gc相关的堆信息

示例4：-gcmetacapacity

显示metaspace的大小

4、jstack 命令

Jstack是JVM自带dump线程堆栈的工具，很轻量易用，并且执行时不会对性能造成很大的影响。灵活的使用jstack可以发现很多隐秘的性能问题，是定位问题不可多得的好帮手。线程堆栈也称作线程调用堆栈。Java线程堆栈是虚拟机中线程（包括锁）状态的一个瞬间快照，即系统在某个时刻所有线程的运行状态,包括每一个线程的调用堆栈，锁的持有情况等信息，从线程堆栈中可以得到以下信息：

1. 线程的名字，ID，线程的数量等；
2. 线程的运行状态，锁的状态（锁被那个线程持有，哪个线程在等待锁等）；
3. 函数间的调用关系，包括完整类名，所执行的方法，源代码的行数等；

可以通过Jstack获取应用运行时的线程堆栈，可以通过如下方式获取线程堆栈：jstack pid > jstack.log。对于Java应用而言，一下常见的几个性能问题都可以从线程堆栈入手定位：

1. 系统挂起无响应
2. 系统CPU较高
3. 系统运行的响应时间长
4. 线程死锁等

实战1、 找出cpu占用最高的线程

1、首先查看CPU的使用情况，使用top命令查看cpu占用情况，排在第一位的是进程号为30328的进程，占用了6.6%的cpu；

2、找线程，知道进程号了，接着就是找线程了，输入以下命令

top -Hp 30328

打印结果如下，这里有一点需要注意，在我们加上-Hp指令后，PID展示就是线程的id了，这时候我们看到占用CPU最高的线程id是30365；

还有另一种方式，就是使用ps命令来查找线程

ps -mp 30328 -o THREAD,tid,time| sort -n -k1 -r

以上的方式我们成功找到了占用cpu高的线程id是11631，但这个id是十进制的，在这里需要先转为16进制，输入命令

printf "%x\n" 30365

3、使用jstack分析堆栈快照

jstack 30328 | grep '线程id' -A 50

经过查看就知道是哪个线程出了问题

二、一次生产环境的内存泄露问题

晚上吃过饭，正准备写会儿代码，清理一下本周的任务，突然报警里面报出许多慢请求日志，顿时感觉到不妙，马上查看监控发现内存快慢了，快撑不住了，情况紧急马上进入到容器的控制台，堆内存使用情况，果然老年代已经99%了，想到或许有内存泄露了，导致GC不掉日志。

想到这里，一个电话打到运维哪里，赶紧先重启其他服务，留下一台dump出内存转储快照。运维也是很给力一会就把内存文件整出来了，使用MAT费了半天劲打开发现，一大部分已经被占据

然后点开详情信息，发现QueryPlanCache这个类对象竟然占据了90%多的内存，看这类的名字，难道是缓存的数据吗？

查了一下问题原因：

hibernate中的QueryPlanCache会缓存sql，以便于后边的相同的sql重复编译。如果in后的参数不同，hibernate会把其当成不同的sql进行缓存，从而缓存大量的sql导致heap内存溢出。

最新上线的服务刚刚进行完springboot改造，服务中还是有不少地方用到了in的查询的，这些数据被大量缓存导致了内存溢出，通过设置缓存最大值来进行限制，不设置默认是2G。

spring:
  jpa:
    properties:
      hibernate:
        query:
          plan_cache_max_size: 64
          plan_parameter_metadata_max_size: 32
          plan_cache_max_soft_references: 1024
          plan_cache_max_strong_references: 64

三、总结

生产问题不要急，冷静分析才可以，堆栈日志要查起，及时总结才可以。