java应用监测(4)-线上问题排查套路

tags: java, troubleshooting, monitor

一句话概括:java应用线上问题如CPU过高,内存溢出,IO过高等问题如何排查,本文为你详细讲述。

1 引言

java应用上线运行后,免不了会有各种问题,总的来说问题会分为四大类:

  • (1)CPU相关问题
  • (2)内存相关问题
  • (3)磁盘及IO相关问题
  • (4)业务代码问题。

针对这些问题,线上如何进行监测与问题排查,是一个java开发人员的必要技能。下面将结合前面提到的java命令行工具,对这几个问题的排查套路进行说明。

2 CPU问题排查套路

如果发现系统变慢变卡,应用响应变慢,首先要查的就是CPU使用情况,一般是进程占用CPU过高,因此需要监测CPU的占用情况,而java应用中与CPU相关的主要是线程的运行,因此具体到java应用,需要监测线程的运行状态,对应就是命令行工具 jstack
。因此,总结CPU占用过高问题可按下面套路:

# (1) 查询CPU占用高的进程ID(PID)
top -c

# (2) 了解此进程的启动参数
ps -ef|grep  PID
或者
jinfo -flags PID

# (3) 打印线程堆栈信息并输出文件
jstack -l PID > PID.dump

# (4) 根据进程查找线程ID(TID)
top -H -p PID

# (5) 获取TID的16进制数
printf "%x/n" TID

# (6) 结合TID和线程堆栈信息文件查找问题
- 可以使用文本工具直接查看
- 可以使用 grep TID -A20 PID.dump 来查看
- 需要配合线程状态来检查

复制代码

关于 jstack
工具和线程状态可查看文章《java应用监测(3)-这些命令行工具你掌握了吗》

3 内存问题排查套路

内存问题主要是java应用在运行过程中发生OOM(out of memory),因此需要建议在java应用启动时,添加几个参数,包括 -Xloggc:file -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=logs/heapdump.hprof -XX:ErrorFile=logs/java_error_%p.log
。这样当发生oom时,可以从dump出来的文件来分析oom的原因。与内存问题相关的java命令行工具包括 jmap
, jstat
,因此内存OOM问题排查套路如下:

# (1)找到java应用进程(PID)
jps -lvm
或者
top -c

# (2)了解此进程启动参数(特别是-Xms,-Xmx等)
ps -ef|grep  PID
或者
jinfo -flags PID

# (3) 确认内存情况
jmap -heap PID

# (4) 查找占内存的大对象
jmap -histo:live PID 

# (5) dump出堆文件,以便使用工具分析
jmap -dump:file=./heap.hprof PID

# (6) 查看GC变化情况,如下每秒打印一次
jstat -gc PID 1000 

# (7) 结合日志文件出错信息及dump出来的堆文件分析OOM和GC情况
- 内存分配小,适当调整内存
- 对象被频繁创建,且不释放,优化代码
- young gc频率太高,查看-Xmn、-XX:SurvivorRatio等参数设置是否合理
复制代码

关于OOM,官方文档有关于OOM的说明( https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/troubleshoot/memleaks002.html
),
主要分为以下几大类:

  • java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    ,堆的内存占用已经达到 -Xmx
    设置的最大值,无法创建新对象,简单的可以考虑通过调整 -Xmx
    参数来解决。
  • java.lang.OutOfMemoryError: GC Overhead limit exceeded
    ,表示GC一直在执行且java进程运行很慢,通常会抛出此异常,java堆的分配的空间很小以至于新数据无法放到堆中。考虑调整堆大小,如果想关闭此输出,可用参数来关闭 -XX:-UseGCOverheadLimit
  • java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
    ,java应用尝试分配大于堆大小的数组,如堆大小是256M,却要分配512M的数组,则会报错。考虑调整堆大小或者修改代码
  • java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    ,当类元数据所需的本机内存量超过时MaxMetaSpaceSize时报出,考虑调整MaxMetaSpaceSize。
  • java.lang.OutOfMemoryError: request size bytes for reason. Out of swap space?
    当来自本机堆的分配失败并且本机堆可能接近耗尽时会报此错误,需要查看日志来处理。
  • java.lang.OutOfMemoryError: Compressed class space
    JVM的非堆结构中,类指针存放空间不足,考虑使用 CompressedClassSpaceSize
    来调整。
  • java.lang.OutOfMemoryError: reason stack_trace_with_native_method
    ,JVM的本地方法区不足,在Java本机接口(JNI)或本机方法中检测到分配失败,需要查找对应堆栈信息来查询。

4 磁盘及IO问题排查套路

java应用运行过程中,会涉及日志产生,对磁盘的读写等操作,也有可能有各种问题,如磁盘不足(日志输出过多)、、磁盘读写IO比较慢、IO过于频繁等。一般来说,可以按以下套路进行排查:

# (1) 查看磁盘容量情况
df -h

# (2) 查看文件大小和目录大小
ls -l 或者直接ll
du -h --max-depth=1

# (3) 查看IO情况,找到IO读写频繁的进程PID
iotop -d 1 # 1秒打印一次
或者
iostat -d -x -k 1 #1秒打印一次

# (4) 使用stack打印线程堆栈信息,排查IO相关代码

# (5) 有时候若想测试磁盘的读写速度(特别是虚拟机),可以使用dd
# 示例:测数据卷挂载目录的纯写速度
dd if=/dev/zero of=/数据卷目录/test.iso bs=8k count=1000000

复制代码

5 业务问题排查套路

业务问题,主要是涉及到代码逻辑层面的,主要是查询日志输出,方法是否按正确的逻辑执行,因此一般的排查套路如下:

# (1) 实时日志输出查询
tail -fn 100 log_file

# (2) 根据日志输出的关键字来定位问题
grep keyWord log_file # 关键字所在行
grep -C n keyWord log_file # 关键字所在前后n行

# (3) 日志文件使用可视化文本工具分析(notepad++,sublime,大文件查看如EmEditor)

# (4) 使用线上工具直接检测方法的参数、返回值,异常情况等等,如Btrace,arthas等。

复制代码

关于java线上问题的诊断工具包括Btrace及arthas,本系列后续会有相应的文章进行介绍。

6 总结

本文对java应用线上遇到的问题分为四大类,分别是(1)CPU相关问题,(2)内存相关问题,(3)磁盘及IO相关问题,(4)业务代码问题。针对各种问题,按照一定的套路,结合java的命令行工具和线上诊断工具,可以很方便地给java应用进行排查。希望本文给相应的java开发人员有帮助。

参考资料

  • Understand the OutOfMemoryError Exception
    https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/troubleshoot/memleaks002.html

  • 这部技术葵花宝典真的很硬核
    https://mp.weixin.qq.com/s/NJPXFMgbwXWkzVLDK12Gfg

  • 目前最全的Java服务问题排查套路
    https://mp.weixin.qq.com/s/SuFPeWxtjHdXAcu6hkmBlA

  • JDK工具参考文档
    https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix

  • 示例代码地址
    https://github.com/mianshenglee/my-example/tree/master/java-monitor-example

相关阅读

  • java应用监测(1)-java程序员应该知道的应用监测技术
    : https://juejin.im/post/5d5fde94f265da03d42fae8b
  • java应用监测(2)-java命令的秘密
    : https://juejin.im/post/5d60c8286fb9a06ada54bb87
  • java应用监测(3)-这些命令行工具你掌握了吗
    : https://juejin.im/post/5d6207c6f265da03b46bf933

原文 

https://juejin.im/post/5d64023e5188255d51426fb0

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