JVM监控及诊断工具(GUI)

目录

• 环境
• jconsole
• Visual VM
• eclipse MAT
  • 深堆和浅堆
    • 浅堆(shallow heap)
    • 深堆(retained heap)
  • 支配树
  • 内存泄漏
• JProfiler
• Arthas

环境

jdk11

jconsole

1. 官方文档：https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/management/jconsole.html
2. 从Java5开始，在JDK中自带的Java监控和管理控制台
3. 用于对JVM中内存、线程和类等的监控，是一个基于JXM（java management extensions）的GUI性能监控工具
4. 连接方式
   4.1 Local：使用JConsole连接一个正在本地系统运行的JVM,并且执行程序的和运行JConsole的需要是同一个用户。JConsole使用文件系统的授权通过RMl连接器连接到平台的MBean服务器上。这种从本地连接的监控能力只有Sun的JDK具有。
   4.2 Remote：使用下面的URL通过RMI连接器连接到一个JMX代理，servicejmx.rmi:///jndi/rmi://hostName:portNum/jmxrmi。JConsole为建立连接，需要在环境变量中设置mx.remote.credentials来指定用户名和密码，从而进行授权。
   4.3 Advanced：使用一个特殊的URL连接JMX代理。一般情况使用自己定制的连接器而不是RMI提供的连接器来连接JMX代理，或者是一个使用JDK1.4的实现了JMX和JMX Rmote的应用。
   

Visual VM

1. Visual vM是一个功能强大的多合一故障诊断和性能监控的可视化工具。
2. 它集成了多个JDK命令行工具，使用visual VM可用于显示虚拟机进程及进程的配置和环境信息(jps,jinfo)，监视应用程序的CPU、Gc、堆、方法区及线程的信息(jstat、jstack)等，甚至代替Jconsole。
3. VisualVM 也已在 Oracle JDK 6~8 中作为Java VisualVM发布。它已在 Oracle JDK 9 中停止使用。
4. 下载地址：https://visualvm.github.io/download.html
5. 可能的错误
   
6. 安装过程
   6.1 修改etc下的配置文件：visualvm.conf
   

6.2 如果jdk的目录中有jre目录，将其删除或移出jdk目录

7. 插件：https://visualvm.github.io/plugins.html
8. 连接方式
   8.1 本地连接：监控本地Java进程的CPU、类、线程等
   8.2 远程连接
   8.2.1 确定远程服务器的ip地址
   8.2.2 添加JMX（通过JMX技术具体监控远端服务器哪个Java进程）
   8.2.3 修改bin/catalina.sh文件，连接远程的tomcat
   8.2.4 在.../conf中添加jmxremote.access和jmxremote.password文件
   8.2.5 将服务器地址改为公网ip地址
   8.2.6 设置阿里云安全策略和防火墙策略
   8.2.7 启动tomcat，查看tomcat启动日志和端口监听
   8.2.8 JMX中输入端口号、用户名、密码登录
9. 主要功能
   9.1 生成/读取堆内存快照
   9.2 查看JVM参数和系统属性
   9.3 查看运行中的虚拟机进程
   9.4 生成/读取线程快照
   9.5 程序资源的实时监控
   9.6 其它功能：1. JMX代理连接；2. 远程环境监控；3. CPU分析和内存分析
10. 添加插件
    Tool=>Plugins
    

 public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    while (true) {
      list.add(new String());
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }

eclipse MAT

1. MAT(Memory Analyzer Tool)工具是一款功能强大的Java堆内存分析器。可以用于查找内存泄漏以及查看内存消耗情况。
2. 下载地址：https://www.eclipse.org/mat/downloads.php
3. 对正在运行的Java进程生成dump文件
   File=>Acquire Heap Dump
   

4. histogram：显示各个类的实例数目以及这些实例的浅堆(Shallow heap)或深堆(retained heap)
   

4.1 显示对象的强引用

4.2 两个dump文件对比

5. thread overview：查看系统中的Java线程、查看局部变量的信息
   

5.1 出引用和入引用

深堆和浅堆

浅堆(shallow heap)

1. 浅堆（shallow heap）是指一个对象所消耗的内存。在32位操作系统中，一个对象引用会占据4个字节，一个int类型会占据4个字节，long型变量会占据8个字节，每个对象头需要占用8个字节。根据堆快照格式不同，对象的大小可能会向8字节进行对齐。
2. 以String为例: 2个int值共占8字节，对象引用占用4字节，对象头8字节，合计20字节，向8字节对齐,故占24字节。（jdk7中)。
3. 这24字节为String对象的浅堆大小。它与String的value实际取值无关，无论字符串长度如何，浅堆大小始终是24字节。

深堆(retained heap)

1. 保留集(retained set)：对象A的保留集指当对象A被垃圾回收后，可以被释放的所有的对象集合(包括对象A本身)，即对象A的保留集可以被认为是只能通过对象A被直接或间接访问到的所有对象的集合。通俗地说，就是指仅被对象A所持有的对象的集合。
2. 深堆(retained heap)：深堆是指对象的保留集中所有的对象的浅堆大小之和。
3. 浅堆指对象本身占用的内存，不包括其内部引用对象的大小。一个对象的深堆指只能通过该对象访问到的(直接或间接)所有对象的浅堆之和，即对象被回收后，可以释放的真实空间。

支配树

1. MAT提供了一个称为支配树(Dominator Tree）的对象图。支配树体现了对象实例间的支配关系。在对象引用图中，所有指向对象B的路径都经过对象A，则认为对象A支配对象B。如果对象A是离对象B最近的一个支配对象，则认为对象A为对象B的直接支配者。
2. 支配树是基于对象间的引用图所建立的，它有以下基本性质:
   2.1 对象A的子树（所有被对象A支配的对象集合）表示对象A的保留集（retained set），即深堆。
   2.2 如果对象A支配对象B，那么对象A的直接支配者也支配对象B。
   2.3 支配树的边与对象引用图的边不直接对应。
   

内存泄漏

1. Java中内存泄漏的8中情况：静态集合类、单例模式、内部类持有外部类、各种连接，如数据库连接等、变量不合理的作用域、改变哈希值、缓存泄漏、监听器和回调
2. 静态集合类：如HashMap、LinkedList等。如果这些容器为静态的，那么她们的生命周期与JVM程序一致，则容器中的对象在程序结束之前将不能被释放，从而造成内存泄漏。即长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用，尽管短生命周期的对象不再使用，但是因为长生命周期对象持有它的引用而导致不能被回收。

 static List list = new ArrayList();

  public void method1() {
    Object o = new Object();
    list.add(o);
  }

3. 单例模式：单例模式，和静态集合导致内存泄露的原因类似，因为单例的静态特性，它的生命周期和JVM 的生命周期一样长，所以如果单例对象如果持有外部对象的引用，那么这个外部对象也不会被回收，那么就会造成内存泄漏。
4. 内部类持有外部类：如果一个外部类的实例对象的方法返回了一个内部类的实例对象。这个内部类对象被长期引用了，即使那个外部类实例对象不再被使用，但由于内部类持有外部类的实例对象，这个外部类对象将不会被垃圾回收，这也会造成内存泄漏。
5. 各种连接：在对数据库进行操作的过程中，首先需要建立与数据库的连接，当不再使用时，需要调用close方法来释放与数据库的连接。只有连接被关闭后，垃圾回收器才会回收对应的对象。否则，如果在访问数据库的过程中，对Connection、Statement或ResultSet不显性地关闭，将会造成大量的对象无法被回收，从而引起内存泄漏。
6. 变量不合理的作用域：一个变量的定义的作用范围大于其使用范围，很有可能会造成内存泄漏。另一方面，如果没有及时地把对象设置为null，很有可能导致内存泄漏的发生。
7. 改变哈希值：
   7.1 当一个对象被存储进HashSet集合中以后，就不能修改这个对象中的那些参与计算哈希值的字段了。
   7.2 否则，对象修改后的哈希值与最初存储进HashSet集合中时的哈希值就不同了，在这种情况下，即使在contains方法使用该对象的当前引用作为的参数去HashSet集合中检索对象，也将返回找不到对象的结果，这也会导致无法从HashSet集合中单独删除当前对象，造成内存泄漏。
   7.3 这也是String为什么被设置成了不可变型
8. 缓存泄漏：内存泄漏的另一个常见来源是缓存，一旦你把对象引用放入到缓存中，他就很容易遗忘。对于这个问题，可以使用WeakHashMap代表缓存，此种Map的特点是，当除了自身有对key的引用外，此key没有其他引用那么此map会自动丢弃此值。
9. 监听器和回调：内存泄漏另一个常见来源是监听器和其他回调，如果客户端在你实现的API中注册回调，却没有显示的取消，那么就会积聚。需要确保回调立即被当作垃圾回收的最佳方法是只保存它的弱引用，例如将他们保存成为WeakHashMap中的键。

JProfiler

1. Profiler是由 ej-technologies公司开发的一款Java应用性能诊断工具。
2. 下载地址：https://www.ej-technologies.com/download/jprofiler/files
3. 主要功能：方法调用、内存分配、线程和锁、高级子系统
4. 数据采集方式
   4.1 Instrumentation：全功能模式，在Class加载之前，JProfiler把相关功能代码写入到需要分析的class的bytecode中，对正在运行的JVM有一定影响
   4.1.1 优点：功能强大，调用堆栈信息正确
   4.1.2 缺点：若分析的class较多，对应用的性能影响较大，CPU开销可能很高。因此此模式一般配合Filter使用，只对特定的类或包进行分析
   4.2 Sampling：类似于样本统计，每隔一定时间(5ms)将每个线程栈中方法栈中的信息统计出来
   4.2.1 优点：对CPU的开销很低，对应用影响小
   4.2.2 缺点：一些数据/特性不能提供(例如：方法的调用次数)

Arthas

1. 下载：wget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
2. 官网教程：https://github.com/alibaba/arthas/blob/master/README_CN.md