排查GC问题常用的工具

Y说

最近杭州的花都陆陆续续开了。本来打算去太子湾看看郁金香，但到了地方才发现太子湾人满为患，无预约不能进。于是就在西湖边逛了逛，拍了点花花草草的照片。

当然，为了能够拍到好看的照片，我翻出了吃灰已久的索尼微单相机，也顺便学了一波摄影基础，偏入门的摄影知识，整理成了思维导图，包含摄影的理论基础和索尼相机的主要使用方法。感兴趣的朋友可以关注我的微信公众号“编了个程”，回复“摄影基础”就可以获取这份思维导图链接哦。

为什么写这篇文章

作为一个Java程序员，或多或少都了解过JVM和GC算法。但工作中不一定有机会遇到和亲手解决GC问题。

JVM的基础理论、GC排查问题的思路和工具，这部分知识就是平时可能很久都不会用到，但需要用到的时候又非常重要。

而入职面试的时候，经常会有面试官问：有没有排查GC问题的经验？如果这个时候不管你有没有实际排查过GC问题，但能聊一聊排查GC问题的思路，那必然是非常加分的。

最近排查了一个GC问题，于是想整理总结一下与GC有关的知识点，形成系统的知识体系和思维。打算写几篇关于GC的文章。那就从介绍一些GC排查问题的工具说起吧。

在我的个人网站yasinshaw.com上，之前写过一些关于JVM基础的文章。感兴趣的同学可以在“文章”页面搜索“jvm”阅读。

日志和监控

可以在Java程序启动的时候加上一些命令参数，来把程序运行中的GC日志打印出来。

-XX:+PrintGC 输出GC日志
-XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志
-XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
-XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳（以日期的形式，如 2013-05-04T21:53:59.234+0800）
-XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
-Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的输出路径

有些命令可能在不同的Java版本适用。比如在Java 11中，就会提示你：-XX:+PrintGC is deprecated. Will use -Xlog:gc instead。

而输出的日志格式，也会根据不同的Java版本和GC有一些细微的差别，这个可以具体根据自己项目上的Java版本和GC去对应具体的格式。

推荐GC日志与logback集成，这样可以利用logback的日志切割功能。

再配上可视化的监控工具和告警工具，就能够及时知道JVM的状态和趋势数据。开源的解决方案推荐的是Prometheus（使用jmx_exporter） + Grafana。

命令行工具

日志和监控更多的是反馈历史的数据和监控告警的作用。而光靠历史的数据有时候并不能很好地定位问题。使用一些命令行工具，可以得到实时的JVM数据。

JDK自带的命令行工具

jps

jps可以查看机器正在运行的Java进程id，虽然用ps -ef | grep java也能达到类似的效果，但用jps更方便一点。

拿到Java进程id后，可以方便地用下面的命令去获取更多的信息。

jstat

使用jps获得的进程号，可以用jstat实时获取JVM中各区域的信息。

下图是一个Java 8的程序使用jstat打印出来的结果。图中最后两个参数，1000是指的间隔多久采集一次，单位是毫秒。5指的是总共采集次数。

每列的含义：

S0C、S1C、S0U、S1U：Survivor 0/1区容量（Capacity）和使用量（Used）
EC、EU：Eden区容量和使用量
OC、OU：年老代容量和使用量
PC、PU：永久代容量和使用量
YGC、YGT：年轻代GC次数和GC耗时
FGC、FGCT：Full GC次数和Full GC耗时
GCT：GC总耗时

jmap

jmap功能比较强大。它可以生成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，甚至可以远程诊断。

要看JVM的信息很简单，使用jmap -heap 进程号就可以了。使用jmap也比jstat要更直观一些。

这里有一点坑，就是机器上必须安装了debug包，且版本要与JDK的版本一致（包括小版本），不然会报错。

Arthas

Arthas是一个阿里出品的开源的Java诊断工具，深受开发者喜爱。

使用下面两行命令即可开启Arthas：

curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-demo.jar
java -jar arthas-boot.jar

Arthas有两个主要的命令可以查看JVM信息。一个是dashboard，另一个是jvm。

dashboard命令可以查看程序和机器的整体信息。包括主要的线程信息、JVM各区的内存占用情况、Java和操作系统的版本信息等。而且dashboard还可以实时刷新，动态监控。

这里有一个小彩蛋，我们自己创建线程的时候，优先级只能设置为1~10，但JVM自己启动的几个线程（比如编译线程等，优先级可以为-1）。

// Thread类的setPriority方法源码
public final void setPriority(int newPriority) {
    ThreadGroup g;
    checkAccess();
    if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {
        throw new IllegalArgumentException();
    }
    if((g = getThreadGroup()) != null) {
        if (newPriority > g.getMaxPriority()) {
            newPriority = g.getMaxPriority();
        }
        setPriority0(priority = newPriority);
    }
}

而使用jvm命令，则可以获取更加详细的JVM信息。包括类加载、编译器、GC、内存管理、操作系统、线程等等。

总的来说，我个人觉得arthas比JDK自带的命令行工具好用。信息比较全，而且排版也看起来更方便一些。

dump分析

dump

dump指的是生成快照。在Java中，dump主要要heap dump和thread dump。

Java heap dump可以将当时的JVM信息dump到一个二进制文件，用于后面慢慢分析。可以在Java程序启动的时候，使用参数让程序在指定的时机dump，比如：

-XX:+HeapDumpBeforeFullGC ：实现在Full GC前dump。
-XX:+HeapDumpAfterFullGC ：实现在Full GC后dump。
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 发生OOM时dump
-XX:+HeapDumpPath ：设置Dump保存的路径

也可以使用上面提到的jmap工具来手动dump当前的信息：

jmap -dump:live,file=heap.bin PID

> Tips：使用jstack可以进行thread dump，但不在本文范围内，所以不做介绍。

Java自带的Jconsole也有dump功能，可以监控本地或远程的Java进程。它具有图形化的操作界面，还可以实时查看JVM的内存、线程等信息。

分析

JDK自带了一些dump文件分析工具，比如jhat，可以分析dump文件并启动一个http服务器。但jhat已经在Java 9被移除掉。推荐使用Visual VM来分析dump文件，使用Visual VM可以图形化地看到dump时候的对象信息和线程信息。

总结

这些工具都是用来排查GC问题的。在发生GC问题事前，可以通过打日志+监控告警的方式，尽快知道最近一段时间JVM的情况。

在事中，如果不紧急（比如GC变频繁但不影响业务）的情况下，可以使用arthas等命令行工具分析当前的JVM情况。而如果比较紧急（比如Full GC耗时长，影响业务）的情况下，可以使用dump工具把当时的数据dump下来，回滚或限流应用程序，在事后找时间去分析dump文件。

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