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WEEK028 - 细数 JDK 自带的那些调试和诊断工具

在日常开发和运维过程中，我们常常会遇到各种各样的疑难杂症，比如 CPU 占用过高、内存溢出、接口响应超时、程序异常、GC 频繁等等。对于一个合格的 Java 开发人员来说，熟练地运用各种工具对这些问题进行排查是基本技能。这篇文章主要对 JDK 内置的一些常用的 JVM 工具做一个汇总，方便我们对 Java 应用进行问题诊断、代码调试或性能分析。

命令行工具

在 JDK 中自带了很多实用的命令行工具可以帮助开发人员解决 Java 应用的疑难杂症，这些工具位于 JDK 的 bin 目录下：

尽管这些工具看上去都是 .exe 可执行文件，实际上它们只是 Java 程序的一层包装，真正的实现位于 tools.jar 中：

所以当我们执行 jps.exe 命令的时候，和执行 java -classpath %JAVA_HOME%/lib/tools.jar sun.tools.jps.Jps 是完全一样的。正因为此，我们在查看 jstat、jmap 和 jhat 等命令的使用帮助时，可以看到一个 -J<flag> 参数，这个参数用于指定 JVM 参数，比如 -J-Xmx512m 可以限定程序使用的最大堆内存。

不过要注意的是，在 JDK 9 之后，tools.jar 文件已经没有了，而是增加了一个 jmods 目录，之前的工具类可以通过引入模块来加载：

$ java --add-modules jdk.jcmd sun.tools.jps.Jps

下面对这些命令行工具的用法做一个简单的总结：

• jps - JVM Process Status Tool
• jinfo - Configuration Info for Java
• jstat - JVM Statistics Monitoring Tool
• jmap - Memory Map for Java
• jhat - JVM Heap Analysis Tool
• jstack - Stack Trace for Java
• jcmd - JVM Diagnostic Commands Tool
• jstatd - JVM jstat Daemon
• jsadebugd - Serviceability Agent Debug Daemon for Java
• jdb - The Java Debugger
• jhsdb - Java HotSpot Debugger

Java Agent

有一些诊断工具比较特殊，它们并不是可执行文件，而是 JVM 内置的，或者以 Java Agent 的形式存在。

• jmx - Java Management Extensions Agent
• jdwp - Java Debug Wire Protocol
• hprof - A Heap/CPU Profiling Tool

图形化工具

除了命令行工具，JDK 还提供了一些图形化的监控工具方便观察 Java 应用的运行情况，可以非常直观地对程序的内存、线程、类加载等进行分析。

• jconsole - A JMX-compliant graphical tool for monitoring a Java virtual machine
• jmc - JRocket Mission Control
• jvisualvm - Java VisualVM

参考

1. JDK Tools and Utilities
2. Java问题诊断和排查工具
3. JVM监控和诊断工具
4. Java自带的各类型命令工具
5. JVM监控及诊断工具-GUI上篇
6. 史上最全图详解Jvm—诊断工具和JVM监控
7. JVM问题诊断快速入门
8. JVM性能调优-命令行工具jps/jstat/jinfo/jmap/jhat/jstack/jcmd
9. 展開JDK工具的30天應用之旅 系列
10. JVM 性能调优监控工具 jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof 使用详解
11. jvm 性能调优工具之 jcmd

更多

问题诊断工具

除了 JDK 自带的工具，还有一些开源的 JVM 诊断工具提供了更为丰富和强大的功能：

• Arthas
• vjtools
• bistoury
• XPocket
• patric-r/jvmtop - Java monitoring for the command-line, profiler included

内存分析工具

• MAT - Eclipse Memory Analyzer

Native Memory Tracking

1. Native Memory Tracking 详解（1）:基础介绍
2. Native Memory Tracking 详解（2）:追踪区域分析(一)
3. Native Memory Tracking 详解（3）:追踪区域分析(二)
4. Native Memory Tracking 详解（4）:使用 NMT 协助排查内存问题案例
5. 聊聊HotSpot VM的Native Memory Tracking
6. JVM 堆外内存泄漏分析（一）
7. JVM 堆外内存泄漏分析（二）
8. Java内存之本地内存分析神器： NMT 和 pmap
9. 一次完整的JVM NativeMemoryTracking 堆外内存泄露分析

系统工具

• uptime
• top - 显示系统统计信息和进程信息
  • top -Hp [PID] - 显示线程信息
• vmstat - 统计 CPU、内存使用情况、swap 使用情况等
• iostat - 显示磁盘 I/O 使用情况
• gdb
• ldd
• lsof
• ps
• pstack
• strace
• ipcs
• free
• sar
• readelf
• objdump
• nm
• size
• gprof
• nmon
• valgrind
• asan

线上问题排查思路

• CPU load 飙高
  • 定位到 pid -> tid -> jstack 线程堆栈
• OOM
  • 配置自动 dump -> MAT 分析
  • 定位到哪个空间 OOM
• GC 频繁
  • 打开 gc 日志
  • jstat 查看并分析 gc 日志
• 服务无响应、响应超时、宕机
• 报 404、500、502、503、504 错误

GC 分析

• 分析 GC 日志
  • Young GC 日志
    • [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs]
  • Full GC 日志
    • [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs]
• GC 分析工具
  • http://gceasy.io
• 优化原则
  • Full GC 会对整个堆内存进行回收，耗时长，尽量减少 Full GC 次数
  • GC tuning is the last task to be done