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Java虚拟机三件套解析

JAVA 文件 日志 工具 线程 虚拟机 应用程序
2023-04-18 15:01:21 时间

Java虚拟机（JVM）生成3个关键工件，这些工件对于优化性能和解决生产问题很有用。这些工件是：

  • 垃圾收集（GC）日志
  • 线程转储（ThreadDump）
  • 堆转储（HeapDump

在本文中，我将尝试简要解析下这3个关键工件，描述下在什么场景中使用它们，它们的外观如何，如何捕获它们，如何分析它们及其之间的差异。

垃圾收集日志（GC Log）

1、什么是GC日志？

GC日志包含垃圾回收事件的相关信息。它将指示运行了多少个GC事件，它们是什么类型的GC事件（即，年轻的GC还是全局的GC），每个GC事件暂停了应用程序多长时间，每个GC事件回收了多少个对象。

2、GC日志的外观如何？

这里以G1垃圾回收策略为例，展示部分样本的垃圾收集日志文件，内容如下所示：

[administrator@JavaLangOutOfMemory luga %]less echo-admin-gc.log 
... ...
2015-09-14T12:32:24.398-0700: 0.356: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0215287 secs]
   [Parallel Time: 20.0 ms, GC Workers: 8]
      [GC Worker Start (ms): Min: 355.9, Avg: 356.3, Max: 358.4, Diff: 2.4]
      [Ext Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 6.4, Max: 16.7, Diff: 16.7, Sum: 51.4]
      [Update RS (ms): Min: 0.0, Avg: 1.0, Max: 2.5, Diff: 2.5, Sum: 8.2]
         [Processed Buffers: Min: 0, Avg: 1.1, Max: 5, Diff: 5, Sum: 9]
      [Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
      [Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.1]
      [Object Copy (ms): Min: 2.9, Avg: 11.9, Max: 17.5, Diff: 14.6, Sum: 95.3]
      [Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.1, Max: 0.2, Diff: 0.2, Sum: 0.9]
         [Termination Attempts: Min: 1, Avg: 2.5, Max: 5, Diff: 4, Sum: 20]
      [GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.1, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.5]
      [GC Worker Total (ms): Min: 17.5, Avg: 19.6, Max: 19.9, Diff: 2.4, Sum: 156.5]
      [GC Worker End (ms): Min: 375.8, Avg: 375.9, Max: 375.9, Diff: 0.1]
   [Code Root Fixup: 0.0 ms]
   [Code Root Purge: 0.0 ms]
   [Clear CT: 0.5 ms]
   [Other: 1.0 ms]
      [Choose CSet: 0.0 ms]
      [Ref Proc: 0.4 ms]
      [Ref Enq: 0.0 ms]
      [Redirty Cards: 0.4 ms]
      [Humongous Register: 0.0 ms]
      [Humongous Reclaim: 0.0 ms]
      [Free CSet: 0.0 ms]
   [Eden: 12.0M(12.0M)->0.0B(14.0M) Survivors: 0.0B->2048.0K Heap: 12.6M(252.0M)->7848.3K(252.0M)]
 [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.02 secs] 
2015-09-14T12:32:24.932-0700: 0.889: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0469650 secs]

3、什么场景下使用GC日志？

垃圾收集日志用于研究应用程序的GC和内存性能。用于优化GC暂停时间，用于确定应用程序的最佳内存大小，还用于解决与内存相关的问题。

4、如何生成GC日志？

在应用程序启动文件中，可以通过传递以下JVM参数来生成垃圾收集日志，具体如下：

对于Java 8以及之前的版本，具体配置参数：

-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:<file-path>

对于从Java 9之后的Java版本： 

-Xlog：gc *：file = <file-path>
file-path：是要写入垃圾收集日志文件的位置

5、如何理解GC日志？

垃圾收集日志格式会有所不同，具体取决于我们当前环境中的JVM供应商（Oracle、HP、IBM、Azul等及其他），Java版本（1.5、5、6、7、8、9、10、11、12、15…），垃圾收集算法（串行，并行，CMS，G1，Shenandoah，Z GC）和JVM参数。因此，没有一种可用的标准化格式。

6、哪些工具可以分析GC日志？

有多种垃圾收集日志分析工具。根据笔者经验，目前比较受欢迎的一些工具：GCeasy、IBM GC和内存可视化工具、HP JMeter、Google Garbage Cat及其他。

线程转储（ThreadDump）

1、什么是线程转储？

线程转储是指在某一时间点在应用程序中运行的所有线程的快照。它包含有关应用程序中每个线程的所有信息，例如：线程状态，线程ID，本机ID，线程名称，堆栈跟踪，优先级等等。

2、线程转储的外观如何？

常见线程转储文件内容如下所示：

2016-12-03 10:37:28
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (23.7-b01 mixed mode):

"Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x000000001b03e000 nid=0x3954 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"InvoiceGeneratedQC-A99-6" prio=10 tid=0x00002b7cfc6fb000 nid=0x4479 runnable [0x00002b7d17ab8000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.setConnectingFlight(ItinerarySegmentProcessor.java:380)
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.processTripType0(ItinerarySegmentProcessor.java:366)
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.processItineraryByTripType(ItinerarySegmentProcessor.java:254)
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.templateMethod(ItinerarySegmentProcessor.java:399)
  at com.buggyCompany.qc.gds.InvoiceGeneratedFacade.readTicketImage(InvoiceGeneratedFacade.java:252)
  at com.buggyCompany.qc.gds.InvoiceGeneratedFacade.doOrchestrate(InvoiceGeneratedFacade.java:151)
  at com.buggyCompany.framework.gdstask.BaseGDSFacade.orchestrate(BaseGDSFacade.java:32)
  at com.buggyCompany.framework.gdstask.BaseGDSFacade.doWork(BaseGDSFacade.java:22)
  at com.buggyCompany.framework.concurrent.buggyCompanyCallable.call(buggyCompanyCallable.java:80)
  at java.util.concurrent.FutureTask$Sync.innerRun(FutureTask.java:334)
  at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:166)
  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1145)
  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:615)
  at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)

"InvoiceGeneratedQC-H87-6" prio=10 tid=0x00002b7cfc94a000 nid=0x4472 runnable [0x00002b7d16fad000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.setConnectingFlight(ItinerarySegmentProcessor.java:380)
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.processTripType0(ItinerarySegmentProcessor.java:366)
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.processItineraryByTripType(ItinerarySegmentProcessor.java:254)
  at com.buggyCompany.rt.util.ItinerarySegmentProcessor.templateMethod(ItinerarySegmentProcessor.java:399)
  at com.buggyCompany.qc.gds.InvoiceGeneratedFacade.readTicketImage(InvoiceGeneratedFacade.java:252)
  at com.buggyCompany.qc.gds.InvoiceGeneratedFacade.doOrchestrate(InvoiceGeneratedFacade.java:151)
  at com.buggyCompany.framework.gdstask.BaseGDSFacade.orchestrate(BaseGDSFacade.java:32)
  at com.buggyCompany.framework.gdstask.BaseGDSFacade.doWork(BaseGDSFacade.java:22)
  at com.buggyCompany.framework.concurrent.buggyCompanyCallable.call(buggyCompanyCallable.java:80)
  at java.util.concurrent.FutureTask$Sync.innerRun(FutureTask.java:334)
  at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:166)
  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1145)
  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:615)
  at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)

3、在什么场景下使用线程转储？

线程转储主要用于解决生产问题，例如CPU尖峰，应用程序无响应，响应时间短，线程挂起，内存消耗高。

4、如何生成线程转储？

可以使用8个不同的选项从正在运行的应用程序中捕获线程转储。可参考之前的文章：Java ThreadDump 生成解析。进行线程转储的最常见选择是使用“ Jstack”工具。Jstack工具位于{JDK_HOME}/bin文件夹中。这是捕获线程转储所需发出的命令：

[administrator@JavaLangOutOfMemory luga %]jstack -l  <pid> > <file-path>
pid：是应用程序的进程ID，应捕获其线程转储
file-path：是将写入线程转储的文件路径。

5、如何理解线程转储？

可参考之前的文章：Java ThreadDump 生成解析。

6、使用哪些工具来分析线程转储？

以下是使用最广泛的线程转储分析工具：fastThread、Samurai、IBM Thread＆Monitor分析器、Visual VM及其他等等。

堆转储（HeapDump）

1、什么是堆转储？

堆转储是指在某一时间点应用程序内存的快照。它包含各种各样的信息，例如内存中的对象是什么，它们携带的值是什么，大小是什么，它们引用的其他对象是什么等。

2、堆转储的外观如何？

普通的文件，通常以指定文件类型生成，例如，可生成.phrof后缀类型，或直接heapdump等。（注意：此文件采用二进制格式。因此实际上不易阅读）。

3、堆转储在什么场景下使用？

堆转储主要用于解决与内存相关的OutOfMemoryError问题。

4、如何生成堆转储？

可以使用7个不同的选项从运行的应用程序中捕获堆转储。可参考之前的文章：Java HeapDump 生成解析。进行堆转储的最常见选项是使用“ Jmap”工具。Jmap工具位于{JDK_HOME}/bin文件夹中。具体命令如下：

[administrator@JavaLangOutOfMemory luga %]jmap -dump：format = b，file = <文件路径> <pid>
pid：Java进程ID，应捕获其堆转储
file-path：堆转储将写入的文件路径。

5、如何理解堆转储？

堆转储文件为二进制格式，并且通常较大。除此之外，它们的格式严重缺乏文档。因此，必须使用堆转储分析工具来分析和理解它们。

6、使用哪些工具来分析堆转储？

以下是使用最广泛的堆转储分析工具：Eclipse MAT、HeapHero、JVisualVM及其他。

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