阿里巴巴Arthas详解Arthas是 Alibaba 在 2018 年 9 月开源的 __Java 诊断__工具。支持 JDK6 采用命令行交互模式可以方便的定位和诊断线上程序运行问题。Arthas官方文档十分详细详见https://alibaba.github.io/arthas__ Arthas使用场景__得益于Arthas强大且丰富的功能让Arthas能做的事情超乎想象。下面仅仅列举几项常见的使用情况更多的使用场景可以在熟悉了Arthas之后自行探索。是否有一个全局视角来查看系统的运行状况为什么 CPU 又升高了到底是哪里占用了 CPU 运行的多线程有死锁吗有阻塞吗程序运行耗时很长是哪里耗时比较长呢如何监测呢这个类从哪个 jar 包加载的为什么会报各种类相关的 Exception我改的代码为什么没有执行到难道是我没 commit分支搞错了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有什么办法可以监控到 JVM 的实时运行状态__ Arthas使用__# github下载arthaswget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar# 或者 Gitee 下载wget https://arthas.gitee.io/arthas-boot.jar用java -jar运行即可可以识别机器上所有Java进程(我们这里之前已经运行了一个Arthas测试程序代码见下方)packagecom.tuling.jvm;importjava.util.HashSet;publicclassArthas{privatestaticHashSethashSetnewHashSet();publicstaticvoidmain(String[]args){// 模拟 CPU 过高cpuHigh();// 模拟线程死锁deadThread();// 不断的向 hashSet 集合增加数据addHashSetThread();}/** * 不断的向 hashSet 集合添加数据 */publicstaticvoidaddHashSetThread(){// 初始化常量newThread(()-{intcount0;while(true){try{hashSet.add(countcount);Thread.sleep(1000);count;}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}}).start();}publicstaticvoidcpuHigh(){newThread(()-{while(true){}}).start();}/** * 死锁 */privatestaticvoiddeadThread(){/** 创建资源 */ObjectresourceAnewObject();ObjectresourceBnewObject();// 创建线程ThreadthreadAnewThread(()-{synchronized(resourceA){System.out.println(Thread.currentThread() get ResourceA);try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread()waiting get resourceB);synchronized(resourceB){System.out.println(Thread.currentThread() get resourceB);}}});ThreadthreadBnewThread(()-{synchronized(resourceB){System.out.println(Thread.currentThread() get ResourceB);try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread()waiting get resourceA);synchronized(resourceA){System.out.println(Thread.currentThread() get resourceA);}}});threadA.start();threadB.start();}}选择进程序号1进入进程信息操作输入__dashboard__可以查看整个进程的运行情况线程、内存、GC、运行环境信息输入__thread__可以查看线程详细情况输入 __thread加上线程ID __可以查看线程堆栈输入 __thread -b __可以查看线程死锁输入 jad加类的全名 可以反编译这样可以方便我们查看线上代码是否是正确的版本__使用 ognl 命令可以 __更多命令使用可以用help命令查看或查看文档https://alibaba.github.io/arthas/commands.html#arthasGC日志详解对于java应用我们可以通过一些配置把程序运行过程中的gc日志全部打印出来然后分析gc日志得到关键性指标分析GC原因调优JVM参数。打印GC日志方法在JVM参数里增加参数%t 代表时间-Xloggc:./gc-%t.log -XX:PrintGCDetails -XX:PrintGCDateStamps -XX:PrintGCTimeStamps -XX:PrintGCCause-XX:UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles10 -XX:GCLogFileSize100MTomcat则直接加在JAVA_OPTS变量里。如何分析GC日志运行程序加上对应gc日志java-jar-Xloggc:./gc-%t.log-XX:PrintGCDetails-XX:PrintGCDateStamps-XX:PrintGCTimeStamps-XX:PrintGCCause-XX:UseGCLogFileRotation-XX:NumberOfGCLogFiles10-XX:GCLogFileSize100M microservice-eureka-server.jar下图中是我截取的JVM刚启动的一部分GC日志我们可以看到图中第一行红框是项目的配置参数。这里不仅配置了打印GC日志还有相关的VM内存参数。第二行红框中的是在这个GC时间点发生GC之后相关GC情况。1、对于__2.909__ 这是从jvm启动开始计算到这次GC经过的时间前面还有具体的发生时间日期。2、Full GC(Metadata GC Threshold)指这是一次full gc括号里是gc的原因 PSYoungGen是年轻代的GCParOldGen是老年代的GCMetaspace是元空间的GC3、 6160K-0K(141824K)这三个数字分别对应GC之前占用年轻代的大小GC之后年轻代占用以及整个年轻代的大小。4、112K-6056K(95744K)这三个数字分别对应GC之前占用老年代的大小GC之后老年代占用以及整个老年代的大小。5、6272K-6056K(237568K)这三个数字分别对应GC之前占用堆内存的大小GC之后堆内存占用以及整个堆内存的大小。6、20516K-20516K(1069056K)这三个数字分别对应GC之前占用元空间内存的大小GC之后元空间内存占用以及整个元空间内存的大小。7、0.0209707是该时间点GC总耗费时间。从日志可以发现几次fullgc都是由于元空间不够导致的所以我们可以将元空间调大点java-jar-Xloggc:./gc-adjust-%t.log-XX:MetaspaceSize256M-XX:MaxMetaspaceSize256M-XX:PrintGCDetails-XX:PrintGCDateStamps-XX:PrintGCTimeStamps -XX:PrintGCCause -XX:UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles10 -XX:GCLogFileSize100Mmicroservice-eureka-server.jar调整完我们再看下gc日志发现已经没有因为元空间不够导致的fullgc了对于CMS和G1收集器的日志会有一点不一样也可以试着打印下对应的gc日志分析下可以发现gc日志里面的gc步骤跟我们之前讲过的步骤是类似的publicclassHeapTest{byte[]anewbyte[1024*100];//100KBpublicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{ArrayListHeapTestheapTestsnewArrayList();while(true){heapTests.add(newHeapTest());Thread.sleep(10);}}}CMS-Xloggc:d:/gc-cms-%t.log -Xms50M -Xmx50M -XX:MetaspaceSize256M -XX:MaxMetaspaceSize256M -XX:PrintGCDetails -XX:PrintGCDateStamps-XX:PrintGCTimeStamps -XX:PrintGCCause -XX:UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles10 -XX:GCLogFileSize100M-XX:UseParNewGC -XX:UseConcMarkSweepGCG1-Xloggc:d:/gc-g1-%t.log -Xms50M -Xmx50M -XX:MetaspaceSize256M -XX:MaxMetaspaceSize256M -XX:PrintGCDetails -XX:PrintGCDateStamps-XX:PrintGCTimeStamps -XX:PrintGCCause -XX:UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles10 -XX:GCLogFileSize100M -XX:UseG1GC上面的这些参数能够帮我们查看分析GC的垃圾收集情况。但是如果GC日志很多很多成千上万行。就算你一目十行看完了脑子也是一片空白。所以我们可以借助一些功能来帮助我们分析这里推荐一个gceasy(https://gceasy.io)可以上传gc文件然后他会利用可视化的界面来展现GC情况。具体下图所示上图我们可以看到年轻代老年代以及永久代的内存分配和最大使用情况。上图我们可以看到堆内存在GC之前和之后的变化以及其他信息。这个工具还提供基于机器学习的JVM智能优化建议当然现在这个功能需要付费JVM参数汇总查看命令java-XX:PrintFlagsInitial表示打印出所有参数选项的默认值 java-XX:PrintFlagsFinal表示打印出所有参数选项在运行程序时生效的值Class常量池与运行时常量池Class常量池可以理解为是Class文件中的资源仓库。 Class文件中除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外还有一项信息就是__常量池(constant pool table)用于存放编译期生成的各种__字面量(Literal)和符号引用(Symbolic References)。一个class文件的16进制大体结构如下图对应的含义如下细节可以查下oracle官方文档当然我们一般不会去人工解析这种16进制的字节码文件我们一般可以通过javap命令生成更可读的JVM字节码指令文件javap -v Math.class红框标出的就是class常量池信息常量池中主要存放两大类常量字面量和符号引用。字面量字面量就是指由字母、数字等构成的字符串或者数值常量字面量只可以右值出现所谓右值是指等号右边的值如int a1 这里的a为左值1为右值。在这个例子中1就是字面量。inta1;intb2;intcabcdefg;intdabcdefg;符号引用符号引用是编译原理中的概念是相对于直接引用来说的。主要包括了以下三类常量类和接口的全限定名字段的名称和描述符方法的名称和描述符上面的ab就是字段名称就是一种符号引用还有Math类常量池里的 Lcom/tuling/jvm/Math 是类的全限定名main和compute是方法名称()是一种UTF8格式的描述符这些都是符号引用。这些常量池现在是静态信息只有到运行时被加载到内存后这些符号才有对应的内存地址信息这些常量池一旦被装入内存就变成__运行时常量池__对应的符号引用在程序加载或运行时会被转变为被加载到内存区域的代码的直接引用也就是我们说的__动态链接了。例如compute()这个符号引用在运行时就会被转变为compute()方法具体代码在内存中的地址主要通过对象头里的类型指针去转换直接引用。__字符串常量池字符串常量池的设计思想字符串的分配和其他的对象分配一样耗费高昂的时间与空间代价作为最基础的数据类型大量频繁的创建字符串极大程度地影响程序的性能JVM为了提高性能和减少内存开销在实例化字符串常量的时候进行了一些优化为字符串开辟一个字符串常量池类似于缓存区创建字符串常量时首先查询字符串常量池是否存在该字符串存在该字符串返回引用实例不存在实例化该字符串并放入池中三种字符串操作(Jdk1.7 及以上版本)直接赋值字符串Stringszhuge;// s指向常量池中的引用这种方式创建的字符串对象只会在常量池中。因为有zhuge这个字面量创建对象s的时候JVM会先去常量池中通过 equals(key) 方法判断是否有相同的对象如果有则直接返回该对象在常量池中的引用如果没有则会在常量池中创建一个新对象再返回引用。newString();Strings1newString(zhuge);// s1指向内存中的对象引用这种方式会保证字符串常量池和堆中都有这个对象没有就创建最后返回堆内存中的对象引用。步骤大致如下因为有zhuge这个字面量所以会先检查字符串常量池中是否存在字符串zhuge不存在先在字符串常量池里创建一个字符串对象再去内存中创建一个字符串对象zhuge存在的话就直接去堆内存中创建一个字符串对象zhuge最后将内存中的引用返回。intern方法Strings1newString(zhuge);Strings2s1.intern();System.out.println(s1s2);//falseString中的intern方法是一个 native 的方法当调用 intern方法时如果池已经包含一个等于此String对象的字符串用equals(oject)方法确定则返回池中的字符串。否则将intern返回的引用指向当前字符串 s1(jdk1.6版本需要将 s1 复制到字符串常量池里)。字符串常量池位置Jdk1.6及之前 有永久代, 运行时常量池在永久代运行时常量池包含字符串常量池Jdk1.7有永久代但已经逐步“去永久代”字符串常量池从永久代里的运行时常量池分离到堆里Jdk1.8及之后 无永久代运行时常量池在元空间字符串常量池里依然在堆里用一个程序证明下字符串常量池在哪里/** * -Xms10M -Xmx10M */publicclassRuntimeConstantPoolOOM{publicstaticvoidmain(String[]args){ArrayListStringlistnewArrayListString();for(inti0;i10000000;i){StringstrString.valueOf(i).intern();list.add(str);}}}运行结果jdk7及以上Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spacejdk6Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space字符串常量池设计原理字符串常量池底层是hotspot的C实现的底层类似一个 HashTable 保存的本质上是字符串对象的引用。看一道比较常见的面试题下面的代码创建了多少个 String 对象Strings1newString(he)newString(llo);Strings2s1.intern();System.out.println(s1s2);// 在 JDK 1.6 下输出是 false创建了 6 个对象// 在 JDK 1.7 及以上的版本输出是 true创建了 5 个对象// 当然我们这里没有考虑GC但这些对象确实存在或存在过为什么输出会有这些变化呢主要还是字符串池从永久代中脱离、移入堆区的原因 intern() 方法也相应发生了变化1、在 JDK 1.6 中调用 intern() 首先会在字符串池中寻找 equal() 相等的字符串假如字符串存在就返回该字符串在字符串池中的引用假如字符串不存在虚拟机会重新在永久代上创建一个实例将 StringTable 的一个表项指向这个新创建的实例。2、在 JDK 1.7 (及以上版本)中由于字符串池不在永久代了intern() 做了一些修改更方便地利用堆中的对象。字符串存在时和 JDK 1.6一样但是字符串不存在时不再需要重新创建实例可以直接指向堆上的实例。由上面两个图也不难理解为什么 JDK 1.6 字符串池溢出会抛出 OutOfMemoryError: PermGen space 而在 JDK 1.7 及以上版本抛出 OutOfMemoryError: Java heap space 。String常量池问题的几个例子示例1Strings0zhuge;Strings1zhuge;Strings2zhuge;System.out.println(s0s1);//trueSystem.out.println(s0s2);//true分析因为例子中的 s0和s1中的”zhuge”都是字符串常量它们在编译期就被确定了所以s0s1为true而”zhu”和”ge”也都是字符串常量当一个字 符串由多个字符串常量连接而成时它自己肯定也是字符串常量所以s2也同样在编译期就被优化为一个字符串常量zhuge所以s2也是常量池中” zhuge”的一个引用。所以我们得出s0s1s2示例2Strings0zhuge;Strings1newString(zhuge);Strings2zhunewString(ge);System.out.println(s0s1);// falseSystem.out.println( s0s2 ) // falseSystem.out.println(s1s2);// false分析用new String() 创建的字符串不是常量不能在编译期就确定所以new String() 创建的字符串不放入常量池中它们有自己的地址空间。s0还是常量池 中zhuge”的引用s1因为无法在编译期确定所以是运行时创建的新对象”zhuge”的引用s2因为有后半部分 new String(”ge”)所以也无法在编译期确定所以也是一个新创建对象”zhuge”的引用;明白了这些也就知道为何得出此结果了。示例3Stringaa1;Stringba1;System.out.println(ab);// trueStringaatrue;Stringbatrue;System.out.println(ab);// trueStringaa3.4;Stringba3.4;System.out.println(ab);// true分析JVM对于字符串常量的“号连接将在程序编译期JVM就将常量字符串的”“连接优化为连接后的值拿a” 1来说经编译器优化后在class中就已经是a1。在编译期其字符串常量的值就确定下来故上面程序最终的结果都为true。示例4Stringaab;Stringbbb;Stringbabb;System.out.println(ab);// false分析JVM对于字符串引用由于在字符串的“连接中有字符串引用存在而引用的值在程序编译期是无法确定的即a” bb无法被编译器优化只有在程序运行期来动态分配并将连接后的新地址赋给b。所以上面程序的结果也就为false。示例5Stringaab;finalStringbbb;Stringbabb;System.out.println(ab);// true分析和示例4中唯一不同的是bb字符串加了final修饰对于final修饰的变量它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量池中或嵌入到它的字节码流中。所以此时的a bb和a b效果是一样的。故上面程序的结果为true。示例6Stringaab;finalStringbbgetBB();Stringbabb;System.out.println(ab);// falseprivatestaticStringgetBB(){returnb;}分析JVM对于字符串引用bb它的值在编译期无法确定只有在程序运行期调用方法后将方法的返回值和a来动态连接并分配地址为b故上面 程序的结果为false。关于String是不可变的通过上面例子可以得出得知Stringsabc;//就等价于String s abc;Stringaa;Stringbb;Stringcc;Strings1abc;s1 这个就不一样了可以通过观察其__JVM指令码__发现s1的操作会变成如下操作StringBuildertempnewStringBuilder();temp.append(a).append(b).append(c);Stringstemp.toString();最后再看一个例子//字符串常量池“计算机和技术” 堆内存str1引用的对象计算机技术//堆内存中还有个StringBuilder的对象但是会被gc回收StringBuilder的toString方法会new String()这个String才是真正返回的对象引用String str2 new StringBuilder(“计算机”).append(“技术”).toString(); //没有出现计算机技术字面量所以不会在常量池里生成计算机技术对象System.out.println(str2str2.intern());//true//“计算机技术” 在池中没有但是在heap中存在则intern时会直接返回该heap中的引用//字符串常量池“ja和va” 堆内存str1引用的对象java//堆内存中还有个StringBuilder的对象但是会被gc回收StringBuilder的toString方法会new String()这个String才是真正返回的对象引用String str1 new StringBuilder(“ja”).append(“va”).toString(); //没有出现java字面量所以不会在常量池里生成java对象System.out.println(str1str1.intern());//false//java是关键字在JVM初始化的相关类里肯定早就放进字符串常量池了Strings1newString(test);System.out.println(s1s1.intern());//false//test作为字面量放入了池中而new时s1指向的是heap中新生成的string对象s1.intern()指向的是test字面量之前在池中生成的字符串对象Strings2newStringBuilder(abc).toString();System.out.println(s2s2.intern());//false//同上八种基本类型的包装类和对象池java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术(严格来说应该叫__对象池__在堆上)这些类是Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean,另外两种浮点数类型的包装类则没有实现。另外Byte,Short,Integer,Long,Character这5种整型的包装类也只是在对应值小于等于127时才可使用对象池也即对象不负责创建和管理大于127的这些类的对象。因为一般这种比较小的数用到的概率相对较大。publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[]args){//5种整形的包装类Byte,Short,Integer,Long,Character的对象//在值小于127时可以使用对象池Integer i1 127; //这种调用底层实际是执行的Integer\.valueOf\(127\)里面用到了IntegerCache对象池Integeri2127;System.out.println(i1i2);//输出true//值大于127时不会从对象池中取对象Integeri3128;Integeri4128;System.out.println(i3i4);//输出false//用new关键词新生成对象不会使用对象池Integeri5newInteger(127);Integeri6newInteger(127);System.out.println(i5i6);//输出false//Boolean类也实现了对象池技术Booleanbool1true;Booleanbool2true;System.out.println(bool1bool2);//输出true//浮点类型的包装类没有实现对象池技术Doubled11.0;Doubled21.0;System.out.println(d1d2);//输出false}}