JVM 调优初探

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简介

初次接触到 JVM 调优，在本文中记录了相关的概念、方法与工具使用。

遇到的问题

线上运行的项目，在一次版本更新时配置出错，没有开启数据消费线程，导致 Redis 消息队列中积压了超四百万条数据，修改配置后再运行时，程序自动读取消息队列中数据开始解析，结果发现服务器 cpu 占用率长时间达到 100%，消息队列中不断积压数据，后台管理页面无法访问。

思路

  1. 这台服务器是虚拟机，发现服务器居然是单核 cpu 的(–!)，多分配 cpu 应该可以提高程序运行效率；
  2. 项目正常运行时，消息队列消费速度快，不会积压，或是有少量积压也能迅速消费掉，这次由于意外导致消息队列积压数据太多，最终导致程序无法消费，要想办法提高程序吞吐量；
  3. 怀疑消息消费代码效率太低，测试发现在消息积压过多时，消费速度严重下降，可能是线程太多，处理不过来；
  4. 检查代码发现，应用开启后不断的从消息队列拿数据，生成任务对象放到了一个 LinkedBlockingQueue 中，这个 queue 没有指定容量，使用的是最大容量 Integer.MAX_VALUE ，怀疑是放入了太多的数据，把内存占满了；

JDK 自带的监测工具

以下工具是 Oracle JDK 1.8 中自带的一些 JVM 监测和分析工具，在 JDK 目录下的 /bin 目录中就能找到。

jps

功能

JAVA 虚拟机程序状态工具，全称 JavaVirtual Machine Process Status Tool ，用于查看当前运行的 java 进程，可输出进程号 pid 、名称及参数。

用法

直接在命令行执行 jps 命令即可，结果如下：

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PS C:\Users\Administrator> jps
12480 JpademoApplication
14272 Launcher
11604 MyApp
11736
6440 RemoteMavenServer
13932 Jps

可选参数：

  • -help 查看帮助信息
  • -q 只显示进程号
  • -m 输出传入 main 方法的参数
  • -l 输出完全的包名，应用主类名，jar的完全路径名
  • -v 输出jvm参数
  • -V 输出通过flag文件传递到JVM中的参数
  • [<hostid>] 远程调用，查询其它机器上的 java 进程，需要在待查看机器上启动 jstatd 。hostid： [protocol:][[//]hostname][:port][/servername]
jps 原理

Java 程序启动后，会在 java.io.tmpdir 指定的目录下生成 hsperfdata_XXX 的文件夹，XXX 为操作系统用户名，里面的文件就是以 java 进程号命名的，通过解析这些文件获取相关的参数信息。

java.io.tmpdir 在 windows 系统下默认为： C:\Users\Administrator\AppData\Local\Temp\hsperfdata_Administrator

Linux 下默认为： /tmp/hsperfdata_{userName}/ 。

jstatd

jstatd 是一个基于 RMI (远程方法调用，Remove Method Invocation) 的服务程序，用于监控基于 HotSpot 的 JVM 中资源的创建及销毁，为远程监控工具提供接口，让他们能够连接到本地的 JVM 和执行命令。

操作步骤
  1. 创建安全访问策略文件 jstatd.all.policy ，文件内容为：
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grant codebase "file:${java.home}/../lib/tools.jar" {
                    permission java.security.AllPermission;
              };

  1. 运行如下命令启动 jstatd 服务。

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    jstatd -J-Djava.security.policy=jstatd.all.policy

参数含义：

  • -J 参数是一个公共的参数，如 jps、 jstat 等命令都可以接收这个参数。 由于 jps、 jstat 命令本身也是 Java 应用程序， -J 参数可以为 jps 等命令本身设置 Java 虚拟机参数。
  • -Djava.security.policy 指定策略文件
  • -Djava.rmi.server.hostname 指定服务器的 ip 地址（可忽略）
    默认情况下， jstatd 开启在 1099 端口上开启 RMI 服务器。

在 Windows 下启动后查看 1099 端口监听情况，发现进程号为 5984 的程序监听了 1099 端口：

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PS C:\Users\Administrator\Desktop> netstat -ano | findstr 1099
  TCP    0.0.0.0:1099           0.0.0.0:0              LISTENING       5984
  TCP    172.16.19.233:1099     172.16.19.233:64912    ESTABLISHED     5984
  TCP    172.16.19.233:64912    172.16.19.233:1099     ESTABLISHED     5984
  TCP    [::]:1099              [::]:0                 LISTENING       5984

使用 jps 远程查看 java 进程，看到进程号为 5984 的程序是 Jstatd：

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C:\Users\Administrator\Desktop>jps 172.16.19.233
12480 JpademoApplication
5984 Jstatd
11736
22280 MyApp
22300 Launcher

jmap

jmap 可以用来查看内存使用情况，生成 java 程序的 dump 文件，查看对内对象的统计信息，查看类加载器 (ClassLoader) 的信息和 finalizer 队列

使用方法

命令行执行如下命令，pid 是 java 进程 id，可以通过 jps 命令查看获得。

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jmap <pid>

jstack

jstack 用于查看或导出 java 程序线程堆栈信息。

使用方法

命令行执行， pid 是 java 程序 id，通过 jps 工具查询获取

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jstack <pid>

jconsole

Java Monitoring and Management Console，一种基于 JMX 的，对 JVM 性能和资源消耗的可视化监视、管理工具。

本地使用

在 Windows 系统下，命令行执行 jconsole 命令，或打开 jdk 的 bin 目录下的 jconsole.exe ，打开后会自动检索当前机器上运行的 java 进程，选择需要查看的，点击 连接 即可。

如果连接失败可以添加如下 JVM 参数配置后再试，如果是用 Tomcat 运行的，就加到 Tomcat 的启动参数里（修改 bin/catalina.bat ，修改 JAVA_OPTS ）；如果是开发时用 IDE 运行的，就加到 IDE 的项目启动配置里。

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-Dcom.sun.management.jmxremote
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8011
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
远程使用
  1. 添加配置

首先要修改远程机器上的项目 jvm 参数配置，如果只是内网测试，可以用上面的配置，不验证用户名、密码。使用远程监控一般需要添加验证，可以使用下面的配置：

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// 远程连接地址
-Djava.rmi.server.hostname=172.16.19.233
-Dcom.sun.management.jmxremote
// 远程连接端口号
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999
// 是否需要用户认证
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=true
// 是否通过 ssl 连接
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
// 指定用户名密码文件
-Dcom.sun.management.jmxremote.pwd.file=C:/Program Files (x86)/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/management/jmxremote.password
  1. 添加用户

在上面的配置中，我们指定远程连接密码文件在 $JAVA_HOME/jre/lib/management/ 目录下，默认在这个目录下有几个文件：

文件 功能
jmxremote.access 定义用户与权限
jmxremote.password.template 定义用户与密码，远程连接密码配置模板文件，可以复制这个文件修改成自己需要的用户与密码，在 Linux 下需要把复制的文件权限设置为 600
management.properties 默认用户名权限文件和用户名密码文件为 $JAVA_HOME/jre/lib/management/ 目录下的 jmxremote.access 和 jmxremote.password 文件，可以在此配置文件中修改
snmp.acl.template SNMP 监控连接配置

修改 jmxremote.access 文件，添加用户名和权限：

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user   readonly

复制 jmxremote.password.template 修改文件名为 jmxremote.password ，修改文件内容，要修改文件权限为 600 (Linux 系统中执行命令 chmod 600 jmxremote.password ，Windows 下暂时不知道怎么设置)，在文件末尾添加内容：
复制 jmxremote.password.template 修改文件名为 jmxremote.password ，修改文件内容，要修改文件权限为 600 (Linux 系统中执行命令 chmod 600 jmxremote.password ，Windows 下暂时不知道怎么设置)，在文件末尾添加内容：

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user 123456
  1. 启动应用程序，远程连接

在其他机器上启动 jconsole ，使用远程连接，填入设定的地址、端口，以及用户名、密码，点击 “连接” 即可在监控远程服务器上的 java 程序。

jvisualvm

功能比较齐全的可视化监控 JVM 的工具，可以查看监视内存使用情况，查看线程状态等，可以监控本地或远程的 JVM。

官方文档：http://visualvm.github.io/documentation.html

打开方式

命令行执行如下命令，将打开 jvisualvm 工具界面：

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jvisualvm

可视化操作，非常方便，可以在左侧选择本地或远程运行的 java 进程，监视效果如下：

Arthas

Arthas (阿尔萨斯) 是 Alibaba 开源的 java 诊断工具，深受开发者喜爱。

Arthas 用户文档: https://alibaba.github.io/arthas/

还没体验过，以后体验过再来写！

参考资料

总结

这篇文章主要介绍了几种 jvm 监控调试的工具，我利用这些工具监控 java 项目在启动时的情况，最后发现项目启动时创建了大量的对象，结合代码分析，确认是项目中使用了不限长度的任务处理 Queue ，当任务积压时，程序不断的创建任务并放入任务队列，导致内存耗尽，频繁 gc。最终我们限制了任务队列容量，使用阻塞的 Queue，解决了问题。

虽然我们最终解决了问题，但由于自身对 JVM 认识不深，很多时候工具输出结果看不懂，导致难以定位问题，所以，还需要补充更多 JVM 相关的知识才行。