Java 线程调优 JDK常用命令行工具 Jstack & Arthas使用笔记 查找耗时线程

大鹅 • 2023-01-02 • 云技术社区 • 277 阅读

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1. JDK 命令行工具

这些命令在 JDK 安装目录下的 bin 目录下：

  • jps (JVM Process Status）: 类似 UNIX 的 ps 命令。用户查看所有 Java 进程的启动类、传入参数和 Java 虚拟机参数等信息；
  • jstat（ JVM Statistics Monitoring Tool）: 用于收集 HotSpot 虚拟机各方面的运行数据;
  • jinfo (Configuration Info for Java) : Configuration Info forJava,显示虚拟机配置信息;
  • jmap (Memory Map for Java) :生成堆转储快照;
  • jhat (JVM Heap Dump Browser ) : 用于分析 heapdump 文件，它会建立一个 HTTP/HTML 服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果;
  • jstack (Stack Trace for Java):生成虚拟机当前时刻的线程快照，线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合。

1.1 jps:查看所有 Java 进程

jps(JVM Process Status) 命令类似 UNIX 的 ps 命令。

jps：显示虚拟机执行主类名称以及这些进程的本地虚拟机唯一 ID（Local Virtual Machine Identifier,LVMID）。jps -q ：只输出进程的本地虚拟机唯一 ID。

C:\\Users\\SnailClimb>jps
7360 NettyClient2
17396
7972 Launcher
16504 Jps
17340 NettyServer

jps -l:输出主类的全名，如果进程执行的是 Jar 包，输出 Jar 路径。

C:\\Users\\SnailClimb>jps -l
7360 firstNettyDemo.NettyClient2
17396
7972 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
16492 sun.tools.jps.Jps
17340 firstNettyDemo.NettyServer

jps -v：输出虚拟机进程启动时 JVM 参数。

jps -m：输出传递给 Java 进程 main() 函数的参数。

1.2 jstat: 监视虚拟机各种运行状态信息

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool） 使用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。 它可以显示本地或者远程（需要远程主机提供 RMI 支持）虚拟机进程中的类信息、内存、垃圾收集、JIT 编译等运行数据，在没有 GUI，只提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期间定位虚拟机性能问题的首选工具。

jstat 命令使用格式：

jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

比如 jstat -gc -h3 31736 1000 10表示分析进程 id 为 31736 的 gc 情况，每隔 1000ms 打印一次记录，打印 10 次停止，每 3 行后打印指标头部。

常见的 option 如下：

  • jstat -class vmid ：显示 ClassLoader 的相关信息；
  • jstat -compiler vmid ：显示 JIT 编译的相关信息；
  • jstat -gc vmid ：显示与 GC 相关的堆信息；
  • jstat -gccapacity vmid ：显示各个代的容量及使用情况；
  • jstat -gcnew vmid ：显示新生代信息；
  • jstat -gcnewcapcacity vmid ：显示新生代大小与使用情况；
  • jstat -gcold vmid ：显示老年代和永久代的信息；
  • jstat -gcoldcapacity vmid ：显示老年代的大小；
  • jstat -gcpermcapacity vmid ：显示永久代大小；
  • jstat -gcutil vmid ：显示垃圾收集信息；

另外，加上 -t参数可以在输出信息上加一个 Timestamp 列，显示程序的运行时间。

1.3 jinfo: 实时地查看和调整虚拟机各项参数

jinfo vmid :输出当前 jvm 进程的全部参数和系统属性 (第一部分是系统的属性，第二部分是 JVM 的参数)。

jinfo -flag name vmid :输出对应名称的参数的具体值。比如输出 MaxHeapSize、查看当前 jvm 进程是否开启打印 GC 日志 ( -XX:PrintGCDetails :详细 GC 日志模式，这两个都是默认关闭的)。

C:\\Users\\SnailClimb>jinfo  -flag MaxHeapSize 17340
-XX:MaxHeapSize=2124414976
C:\\Users\\SnailClimb>jinfo  -flag PrintGC 17340
-XX:-PrintGC

使用 jinfo 可以在不重启虚拟机的情况下，可以动态的修改 jvm 的参数。尤其在线上的环境特别有用,请看下面的例子：

jinfo -flag [+|-]name vmid 开启或者关闭对应名称的参数。

C:\\Users\\SnailClimb>jinfo  -flag  PrintGC 17340
-XX:-PrintGC

C:\\Users\\SnailClimb>jinfo  -flag  +PrintGC 17340

C:\\Users\\SnailClimb>jinfo  -flag  PrintGC 17340
-XX:+PrintGC

1.4 jmap:生成堆转储快照

jmap（Memory Map for Java）命令用于生成堆转储快照。 如果不使用 jmap 命令，要想获取 Java 堆转储，可以使用 “-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError” 参数，可以让虚拟机在 OOM 异常出现之后自动生成 dump 文件，Linux 命令下可以通过 kill -3 发送进程退出信号也能拿到 dump 文件。

jmap 的作用并不仅仅是为了获取 dump 文件，它还可以查询 finalizer 执行队列、Java 堆和永久代的详细信息，如空间使用率、当前使用的是哪种收集器等。和jinfo一样，jmap有不少功能在 Windows 平台下也是受限制的。

示例：将指定应用程序的堆快照输出到桌面。后面，可以通过 jhat、Visual VM 等工具分析该堆文件。

C:\\Users\\SnailClimb>jmap -dump:format=b,file=C:\\Users\\SnailClimb\\Desktop\\heap.hprof 17340
Dumping heap to C:\\Users\\SnailClimb\\Desktop\\heap.hprof ...
Heap dump file created

1.5 jhat: 分析 heapdump 文件

jhat 用于分析 heapdump 文件，它会建立一个 HTTP/HTML 服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果。

C:\\Users\\SnailClimb>jhat C:\\Users\\SnailClimb\\Desktop\\heap.hprof
Reading from C:\\Users\\SnailClimb\\Desktop\\heap.hprof...
Dump file created Sat May 04 12:30:31 CST 2019
Snapshot read, resolving...
Resolving 131419 objects...
Chasing references, expect 26 dots..........................
Eliminating duplicate references..........................
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.

访问 http://localhost:7000/

1.6 jstack :生成虚拟机当前时刻的线程快照

jstack（Stack Trace for Java）命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合.

生成线程快照的目的主要是定位线程长时间出现停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等都是导致线程长时间停顿的原因。线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做些什么事情，或者在等待些什么资源。

一般使用查找耗时时间长的线程方法如下

使用jps查找出java进程的pid，如7777
或 ps -ef | grep java

使用top -p 7777观察进程情况，然后Shift+h,显示该进程的所有线程。
找出CPU消耗较多的线程id，如7788，将7788转换为16进制0x1e6c，注意是小写。
使用jstack 7777 | grep -A 10 0x1e6c 来查询出具体的线程状态。
-A 10表示查找到所在行的后10行

下面是一个线程死锁的代码。我们下面会通过 jstack 命令进行死锁检查，输出死锁信息，找到发生死锁的线程。

public class DeadLockDemo {
    private static Object resource1 = new Object();//资源 1
    private static Object resource2 = new Object();//资源 2

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    }
}

Output

Thread[线程 1,5,main]get resource1
Thread[线程 2,5,main]get resource2
Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1

线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁，然后通过Thread.sleep(1000);让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到执行然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源，然后这两个线程就会陷入互相等待的状态，这也就产生了死锁。

通过 jstack 命令分析：

C:\\Users\\SnailClimb>jps
13792 KotlinCompileDaemon
7360 NettyClient2
17396
7972 Launcher
8932 Launcher
9256 DeadLockDemo
10764 Jps
17340 NettyServer

C:\\Users\\SnailClimb>jstack 9256

输出的部分内容如下：

Found one Java-level deadlock:
=============================
"线程 2":
  waiting to lock monitor 0x000000000333e668 (object 0x00000000d5efe1c0, a java.lang.Object),
  which is held by "线程 1"
"线程 1":
  waiting to lock monitor 0x000000000333be88 (object 0x00000000d5efe1d0, a java.lang.Object),
  which is held by "线程 2"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"线程 2":
        at DeadLockDemo.lambda$main$1(DeadLockDemo.java:31)
        - waiting to lock <0x00000000d5efe1c0> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d5efe1d0> (a java.lang.Object)
        at DeadLockDemo$$Lambda$2/1078694789.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"线程 1":
        at DeadLockDemo.lambda$main$0(DeadLockDemo.java:16)
        - waiting to lock <0x00000000d5efe1d0> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d5efe1c0> (a java.lang.Object)
        at DeadLockDemo$$Lambda$1/1324119927.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Found 1 deadlock.

可以看到 jstack 命令已经帮我们找到发生死锁的线程的具体信息。

2. Arthas 使用简介

当你遇到以下类似问题而束手无策时，Arthas可以帮助你解决：

  1. 这个类从哪个 jar 包加载的？为什么会报各种类相关的 Exception？
  2. 我改的代码为什么没有执行到？难道是我没 commit？分支搞错了？
  3. 遇到问题无法在线上 debug，难道只能通过加日志再重新发布吗？
  4. 线上遇到某个用户的数据处理有问题，但线上同样无法 debug，线下无法重现！
  5. 是否有一个全局视角来查看系统的运行状况？
  6. 有什么办法可以监控到JVM的实时运行状态？

使用

wget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
java -jar arthas-boot.jar

常见指令

  1. dashboard
实时查看应用监控数据
  1. thread
查看应用程序中所有线程情况
thread threadId命令查看指定线程状态信息
thread -n {n} 打印最忙的n个线程的信息
trace
  1. trace 类 方法
查看每个步骤耗时
  1. stack
stack 类 方法
输出当前方法被调用的调用路径
  1. watch
方便的观察到指定方法的调用情况。能观察到的范围为：返回值、抛出异常、入参，通过编写 OGNL 表达式进行对应变量的查看。

Ref

  1. Arthas 官方文档 https://alibaba.github.io/arthas/
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