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作者：盛开的太阳

Arthas线上

分析诊断调优工具

以前我们要排查线上问题，通常使用的是jdk自带的调优工具和命令。最常见的就是dump线上日志，然后下载到本地，导入到jvisualvm工具中。这样操作有诸多不变，现在阿里团队开发的Arhtas工具，拥有非常强大的功能，并且都是线上的刚需，尤其是情况紧急，不方便立刻发版，适合临时处理危急情况使用。下面分两部分来研究JVM性能调优工具：

1.JDK自带的性能调优工具

虽然有了Arthas，但也不要忘记JDK自带的性能调优工具，在某些场景下，他还是有很大作用的。而且Arthas里面很多功能其根本就是封装了JDK自带的这些调优命令。

2.Arthas线上分析工具的使用

这一部分，主要介绍几个排查线上问题常用的方法。功能真的很强大，刚兴趣的猿媛可以研究其基本原理。之前跟我同事讨论，感觉这就像病毒一样，可以修改内存里的东西，真的还是挺强大的。

以上两种方式排查线上问题，没有优劣之分，如果线上不能安装Arthas就是jdk自带命令，如果jdk自带命令不能满足部分要求，又可以安装Arthas，那就使用Arthas。他们只是排查问题的工具，重要的是排查问题的思路。不管黑猫、白猫，能抓住耗子就是好猫。

这里不是流水一样的介绍功能怎么用，就说说线上遇到的问题，我们通常怎么排查，排查的几种情况。

• 内存溢出，出现OutOfMemoryError，这个问题如何排查
• CPU使用猛增，这个问题如何排查？
• 进程有死锁，这个问题如何排查？
• JVM参数调优

下面来一个一个解决

使用的命令：

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运行结果：

讯享网通过这个命令，我们可以看出当前哪个对象最消耗内存。

上面这个运行结果是我启动了本地的一个项目，然后运行【jmap -histro 进程号】运行出来的结果，直接去了其中的一部分。通过这里我们可以看看大的实例对象中，有没有我们自定义的实例对象。通过这个可以排查出哪个实例对象引起的内存溢出。

除此之外，Total汇总数据可以看出当前一共有多少个对象，暂用了多大内存空间。这里是有约860w个对象，占用约923M的空间。

使用命令

比如，我本地启动了一个项目，想要查看这个项目的内存占用情况:

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下面来看看参数的含义

堆空间配置信息

G1堆使用情况

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G1年轻代Eden区使用情况

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G1年轻代Survivor区使用情况和G1老年代使用情况：和Eden区类似

通过上面的命令，我们就能知道当前系统堆空间的使用情况了，到底是老年代有问题还是新生代有问题。

如果前两种方式还是没有排查出问题，我们可以导出内存溢出的日志，在导入客户端进行分析

使用的命令是：

或者是直接设置JVM参数

然后导入到jvisualvm中进行分析，方法是：点击文件->装入，导入文件，查看系统的运行情况了。

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通过分析实例数，看看哪个对象实例占比最高，这里重点看我们自定义的类，然后分析这个对象里面有没有大对象，从而找出引起内存溢出的根本原因。

我们可以通过Jstack找出占用cpu最高的线程的堆栈信息，下面来一步一步分析。

假设我们有一段死循环，不断执行方法调用，线程始终运行不释放就会导致CPU飙高，示例代码如下：

如上，现在有一个java进程，cpu严重飙高了，接下来如何处理呢？

我们看到了单独的46518这个线程的详细信息

需要注意的是，这里的H是大写的H。

我们可以看出线程0和线程1线程号飙高。

通过上图我们看到占用cpu资源最高的线程有两个，线程号分别是，。我们一第一个为例说明，如何查询这个线程是哪个线程，以及这个线程的什么地方出现问题，导致cpu飙高。

是线程号为的十六进制数。具体转换可以网上查询工具。

接下来查询飙高线程的堆栈信息

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• ：表示的是进程号
• ： 表示的是线程号对应的十六进制数

通过这个方式可以查询到这个线程对应的堆栈信息

从这里我们可以看出有问题的线程id是0x4cd0, 哪一句代码有问题呢，Math类的22行。

上述方法定位问题已经很精确了，接下来就是区代码里排查为什么会有问题了。

备注：上面的进程id可能没有对应上，在测试的时候，需要写对进程id和线程id

Jstack可以用来查看堆栈使用情况，以及进程死锁情况。下面就来看看如何排查进程死锁

还是通过案例来分析

上面是两把锁，互相调用。

1. 定义了两个成员变量lock1，lock2
2. main方法中定义了两个线程。
   • 线程1内部使用的是同步执行--上锁，锁是lock1。休眠5秒钟之后，他要获取第二把锁，执行第二段代码。
   • 线程2和线程1类似，锁相反。
3. 问题：一开始，像个线程并行执行，线程一获取lock1，线程2获取lock2.然后线程1继续执行，当休眠5s后获取开启第二个同步执行，锁是lock2，但这时候很可能线程2还没有执行完，所以还没有释放lock2，于是等待。线程2刚开始获取了lock2锁，休眠五秒后要去获取lock1锁，这时lock1锁还没释放，于是等待。两个线程就处于相互等待中，造成死锁。

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从这里面个异常可以看出，

• prio：当前线程的优先级
• cpu：cpu耗时
• os_prio：操作系统级别的优先级
• tid：线程id
• nid：系统内核的id
• state：当前的状态，BLOCKED，表示阻塞。通常正常的状态是Running我们看到Thread-0和Thread-1线程的状态都是BLOCKED.

通过上面的信息，我们判断出两个线程的状态都是BLOCKED，可能有点问题，然后继续往下看。

我们从最后的一段可以看到这句话：Found one Java-level deadlock; 意思是找到一个死锁。死锁的线程号是Thread-0，Thread-1。

Thread-0：正在等待0x000000070e706ef8对象的锁，这个对象现在被Thread-1持有。

Thread-1：正在等待0x000000070e705c98对象的锁，这个对象现在正在被Thread-0持有。

最下面展示的是死锁的堆栈信息。死锁可能发生在DeadLockTest的第17行和第31行。通过这个提示，我们就可以找出死锁在哪里了。

如果使用jstack感觉不太方便，还可以使用jvisualvm，通过界面来查看，更加直观。

在程序代码启动的过程中，打开jvisualvm工具。

找到当前运行的类，查看线程，就会看到最头上的一排红字：检测到死锁。然后点击“线程Dump”按钮，查看相信的线程死锁的信息。

这里可以找到线程私锁的详细信息，具体内容和上面使用Jstack命令查询的结果一样，这里实用工具更加方便。

jvm调优通常使用的是Jstat命令。

这个命令非常常用，在线上有问题的时候，可以通过这个命令来分析问题。

下面我们来测试一下，启动一个项目，然后在终端驶入jstat -gc 进程id，得到如下结果：

上面的参数分别是什么意思呢？先识别参数的含义，然后根据参数进行分析

• S0C: 第一个Survivor区的容量
• S1C: 第二个Survivor区的容量
• S0U: 第一个Survivor区已经使用的容量
• S1U:第二个Survivor区已经使用的容量
• EC: 新生代Eden区的容量
• EU: 新生代Eden区已经使用的容量
• OC: 老年代容量
• OU:老年代已经使用的容量
• MC: 方法区大小（元空间）
• MU: 方法区已经使用的大小
• CCSC:压缩指针占用空间
• CCSU:压缩指针已经使用的空间
• YGC: YoungGC已经发生的次数
• YGCT: 这一次YoungGC耗时
• FGC: Full GC发生的次数
• FGCT: Full GC耗时
• GCT: 总的GC耗时，等于YGCT+FGCT

连续观察GC变化的命令

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举个例子：我要打印10次gc信息，每次间隔1秒

jstat -gc 进程ID 1000 10

这样就连续打印了10次gc的变化，每次隔一秒。

这个命令是对整体垃圾回收情况的统计，下面将会差分处理。

这个命令是打印堆内存的使用情况。

• NGCMN：新生代最小容量
• NGCMX：新生代最大容量
• NGC：当前新生代容量
• S0C：第一个Survivor区大小
• S1C：第二个Survivor区大小
• EC：Eden区的大小
• OGCMN：老年代最小容量
• OGCMX：老年代最大容量
• OGC：当前老年代大小
• OC: 当前老年代大小
• MCMN: 最小元数据容量
• MCMX：最大元数据容量
• MC：当前元数据空间大小
• CCSMN：最小压缩类空间大小
• CCSMX：最大压缩类空间大小
• CCSC：当前压缩类空间大小
• YGC：年轻代gc次数
• FGC：老年代GC次数

命令：

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这个指的是当前某一次GC的内存情况

• S0C：第一个Survivor的大小
• S1C：第二个Survivor的大小
• S0U：第一个Survivor已使用大小
• S1U：第二个Survivor已使用大小
• TT: 对象在新生代存活的次数
• MTT: 对象在新生代存活的最大次数
• DSS: 期望的Survivor大小
• EC：Eden区的大小
• EU：Eden区的使用大小
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间

参数含义：

• NGCMN：新生代最小容量
• NGCMX：新生代最大容量
• NGC：当前新生代容量
• S0CMX：Survivor 1区最大大小
• S0C：当前Survivor 1区大小
• S1CMX：Survivor 2区最大大小
• S1C：当前Survivor 2区大小
• ECMX：最大Eden区大小
• EC：当前Eden区大小
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• FGC：老年代回收次数

命令：

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参数含义：

• MC：方法区大小
• MU：方法区已使用大小
• CCSC:压缩指针类空间大小
• CCSU:压缩类空间已使用大小
• OC：老年代大小
• OU：老年代已使用大小
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间，新生代+老年代

命令：

参数含义：

• OGCMN：老年代最小容量
• OGCMX：老年代最大容量
• OGC：当前老年代大小
• OC：老年代大小
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

命令

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• MCMN:最小元数据容量
• MCMX：最大元数据容量
• MC：当前元数据空间大小
• CCSMN：最小指针压缩类空间大小
• CCSMX：最大指针压缩类空间大小
• CCSC：当前指针压缩类空间大小
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

命令：

• S0：Survivor 1区当前使用比例
• S1：Survivor 2区当前使用比例
• E：Eden区使用比例
• O：老年代使用比例
• M：元数据区使用比例
• CCS：指针压缩使用比例
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

通过查询上面的参数来分析整个堆空间。

Arthas的功能非常强大，现附上官方文档：https://arthas.aliyun.com/doc/

其实想要了解Arthas，看官方文档就可以了，功能全而详细。那为什么还要整理一下呢？我们这里整理的是一些常用功能，以及在紧急情况下可以给我们帮大忙的功能。

Arthas分为几个部分来研究，先来看看我们的研究思路哈

1.安装及启动---这一块简单看，对于程序员来说，so easy

2.dashboard仪表盘功能---类似于JDK的jstat命令，

3.thread命令查询进行信息---类似于jmap命令

4.反编译线上代码----这个功能很牛，改完发版了，怎么没生效，反编译看看。

5.查询某一个函数的返回值

6.查询jvm信息，并修改----当发生内存溢出是，可以手动设置打印堆日志到文件

7.profiler火焰图

下面就来看看Arthas的常用功能的用法吧

其实说到这快，不得不提的是，之前我一直因为arthas是一个软件，要启动，界面操作。当时我就想，要是这样，在线上安装一个单独的应用，公司肯定不同意啊~~~，研究完才发现，原来Arthas就是一个jar包。运行起来就是用java -jar 就可以。

可以直接在Linux上通过命令下载：

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也可以在浏览器直接访问https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar，等待下载成功后，上传到Linux服务器上。

执行命令就可以启动了

启动成功可以看到如下界面：

然后找到你想监控的进程，输入前面对应的编号，就可以开启进行监控模式了。比如我要看4

看到这个就表示，进入应用监听成功

执行命令

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这里面一共有三块

我们可以看到当前进程下所有的线程信息。其中第13，14号线程当前处于BLOCKED阻塞状态，阻塞时间也可以看到。通过这个一目了然，当前有两个线程是有问题的，处于阻塞状态GC线程有6个。

内存信息包含三个部分：堆空间信息、非堆空间信息和GC垃圾收集信息

堆空间信息

• g1_eden_space: Eden区空间使用情况
• g1_survivor_space: Survivor区空间使用情况
• g1_old_gen: Old老年代空间使用情况

非堆空间信息

• codeheap_'non-nmethods': 非方法代码堆大小
• metaspace: 元数据空间使用情况
• codeheap_'profiled_nmethods':
• compressed_class_space: 压缩类空间使用情况

GC垃圾收集信息

• gc.g1_young_generation.count：新生代gc的数量
• gc.g1_young_generation.time(ms)新生代gc的耗时
• gc.g1_old_generation.count： 老年代gc的数量
• gc.g1_old_generation.time(ms)：老年代gc的耗时

• os.name：当前使用的操作系统 Mac OS X
• os.version ：操作系统的版本号 10.16
• java.version：java版本号 11.0.2
• java.home：java根目录 /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-11.0.2.jdk/Contents/Home
• systemload.average：系统cpu负载平均值4.43

​ load average值的含义

​ > 单核处理器

​ 假设我们的系统是单CPU单内核的，把它比喻成是一条单向马路，把CPU任务比作汽车。当车不多的时候，load <1；当车占满整个 马路的时候 load=1；当马路都站满了，而且马路外还堆满了汽车的时候，load>1

Load < 1

Load = 1
Load >1

​ > 多核处理器

​ 我们经常会发现服务器Load > 1但是运行仍然不错，那是因为服务器是多核处理器（Multi-core）。

​ 假设我们服务器CPU是2核，那么将意味我们拥有2条马路，我们的Load = 2时，所有马路都跑满车辆。

Load = 2时马路都跑满了

• processors : 处理器个数 8
• timestamp/uptime：采集的时间戳Fri Jan 07 11:36:12 CST 2022/2349s

通过仪表盘，我们能从整体了解当前线程的运行健康状况

通过dashboard我们可以看到当前进程下运行的所有的线程。那么如果想要具体查看某一个线程的运行情况，可以使用thread命令

先来看看常用的参数。

我们的目标是想要找出CPU使用率最高的n个线程。那么需要先明确，如何计算出CPU使用率，然后才能找到最高的。计算规则如下:

统计1秒内cpu使用率最高的n个线程:

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从线程的详情可以分析出，目前第一个线程的使用率是最高的，cpu占用了达到99.38%。第二行告诉我们，是Arthas.java这个类的第38行导致的。

由此，我们可以一眼看出问题，然后定位问题代码的位置，接下来就是人工排查问题了。

命令：

可以看到内容提示，线程Thread-1被线程Thread-0阻塞。对应的代码行数是DeadLockTest.java类的第31行。根据这个提示去查找代码问题。

命令

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这个的含义是个1s统计一次采样

说道Arthas，不得不提的一个功能就是线上反编译代码的功能。经常会发生的一种状况是，线上有问题，定位问题后立刻改代码，可是发版后发现没生效，不可能啊~~~刚刚提交成功了呀。于是重新发版，只能靠运气，不知道为啥没生效。

反编译线上代码可以让我们一目了然知道代码带动部分是否生效。反编译代码使用Arthas的jad命令

用法：

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运行结果：

运行结果分析：这里包含3个部分

• ClassLoader：类加载器就是加载当前类的是哪一个类加载器
• Location: 类在本地保存的位置
• 源码：类反编译字节码后的源码

如果不想想是类加载信息和本地位置，只想要查看类源码信息，可以增加--source-only参数

能够调用线上的代码，是不是很神奇了。感觉哪段代码执行有问题，但是又没有日志，就可以使用这个方法动态调用目标方法了。

我们下面的案例都是基于这段代码执行，User类：

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DeadLockTest类：

> 返回值是字符串

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示例1：在DeadLockTest类中有一个add静态方法，我们来看看通过ognl怎么执行这个静态方法。执行命令

运行效果：

我们看到了这个对象的返回值是

> 返回值是对象

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这里我们可以尝试一下替换-x 2 为 -x 1 ；-x 3；

* 案例1：返回对象的地址。不加 -x 或者是-x 1

返回值

* 案例2：返回对象中具体参数的值。加 -x 2

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返回值

* 案例3：返回对象中有其他对象

• 命令：

执行结果：

-x 2 获取的是对象的值，List返回的是数组信息，数组长度。

• 命令：

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执行结果：

-x 3 打印出对象的值，对象中List列表中的值。

* 案例4：方法A的返回值当做方法B的入参

> 方法入参是简单类型的列表

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> 方法入参是一个复杂对象

> 方法入参是一个map对象

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示例：在DeadLockTest类中有一个names静态属性，下面来看看如何获取这个静态属性。执行命令：

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运行效果：

第一次执行获取属性命令，返回的属性是一个空集合；然后执行add方法，往names集合中添加了属性；再次请求names集合，发现有4个属性返回。

获取实例对象，使用new关键字，执行结果：

生产环境有时会遇到非常紧急的问题，或突然发现一个bug，这时候不方便重新发版，或者发版未生效，可以使用Arthas临时修改线上代码。通过Arthas修改的步骤如下：

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使用sc命令查看JVM已加载的类信息。关于sc命令，查看官方文档：https://arthas.aliyun.com/doc/sc.html

• -d ： 表示打印类的详细信息

最后一个参数classLoaderHash，表示在jvm中类加载的hash值，我们要获得的就是这个值。

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• jad命令是反编译指定已加载类的源码
• -c ： 类所属 ClassLoader 的 hashcode
• --source-only：默认情况下，反编译结果里会带有信息，通过选项，可以只打印源代码。
• com.lxl.jvm.DeadLockTest：目标类的全路径
• /Users/lxl/Downloads/DeadLockTest.java：反编译文件的保存路径

这里截取了部分代码。

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• mc: 编译.java文件生.class文件， 详细使用方法参考官方文档https://arthas.aliyun.com/doc/mc.html
• -c：指定classloader的hash值
• -d：指定输出目录
• 最后一个参数是java文件路径

这是反编译后的class字节码文件

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最后看到redefine success，表示重新加载.class文件进JVM成功了。

redefine命令使用之后，再使用jad命令会使字节码重置，恢复为未修改之前的样子。官方关于redefine命令的说明

这里检测效果，调用接口，执行日志即可。

这个功能也很好用，通常，我们在日志中打印的日志级别一般是infor、warn、error级别的，debug日志一般看不到。那么出问题的时候，一些日志，在写代码的时候会被记录在debug日志中，而此时日志级别又很高。那么迫切需要调整日志级别。

这个功能很好用啊，我们可以将平时不经常打印出来的日志设置为debug级别。设置线上日志打印级别为info。当线上有问题的时候，可以将日志级别动态调整为debug。异常排查完，在修改回info。这对访问量特别大日志内容很多的项目比较有效，可以有效节省日志输出带来的开销。

• 当前应用的日志级别是info
• 类加载的hash值是18b4aac2

我们定义一个接口，其源代码内容如下：

可以调用接口，查看日志输出代码。

我们看到，日志输出的是info及以下的级别。

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修改完日志级别以后，输出日志为debug级别。

通常查询jvm参数，使用的是Java自带的工具[jinfo 进程号]。arthas中通过vmoption获取jvm参数：

假设，我们要设置JVM出现OutOfMemoryError的时候，自动dump堆快照

这时，如果发生堆内存溢出，会打印日志到文件

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• 通过圈起来的部分可以看到，接口的入口函数time总耗时371ms
• 其中getDataFromDb函数耗时200ms
• getDataFromRedis函数耗时100ms
• getDataFromOuter函数耗时50ms
• process函数耗时20ms

很明显，最慢的函数已经找到了，接下里就要去对代码进行进一步分析，然后再进行优化