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Java性能问题解决思路

程序员文章站 2022-07-14 16:45:52
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CPU占满

  1. 通知执行jps或者top命令找到对应CPU占用最多的Java线程ID。
    Java性能问题解决思路
  2. 通过执行top -Hp 32805 查看Java线程情况Java性能问题解决思路
  3. 执行 printf ‘%x’ 32826 获取16进制的线程id,用于dump信息查询,结果为 :803a
  4. 执行jstack 32805 |grep -A 20 803a来查看下详细的dump信息。Java性能问题解决思路

内存泄漏

模拟内存泄漏借助了ThreadLocal对象来完成,ThreadLocal是一个线程私有变量,可以绑定到线程上,在整个线程的生命周期都会存在,但是由于ThreadLocal的特殊性,ThreadLocal是基于ThreadLocalMap实现的,ThreadLocalMap的Entry继承WeakReference,而Entry的Key是WeakReference的封装,换句话说Key就是弱引用,弱引用在下次GC之后就会被回收,如果ThreadLocal在set之后不进行后续的操作,因为GC会把Key清除掉,但是Value由于线程还在存活,所以Value一直不会被回收,最后就会发生内存泄漏。

/**
     * 模拟内存泄漏
     */
    @GetMapping(value = "/memory/leak")
    public String leak() {
        System.out.println("模拟内存泄漏");
        ThreadLocal<Byte[]> localVariable = new ThreadLocal<Byte[]>();
        localVariable.set(new Byte[4096 * 1024]);// 为线程添加变量
        return "ok";
    }

给启动加上堆内存大小限制,同时设置内存溢出的时候输出堆栈快照并输出日志。

java -jar 
-Xms500m -Xmx500m 
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 
-XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof  
-XX:+PrintGCTimeStamps 
-XX:+PrintGCDetails 
-Xloggc:/tmp/heaplog.log 
analysis-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar

启动成功后我们循环执行100次,直到抛出异常:

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  1. 用jstat -gc pid 命令来看看程序的GC情况
    Java性能问题解决思路
    很明显,内存溢出了,堆内存经过45次 Full Gc 之后都没释放出可用内存,这说明当前堆内存中的对象都是存活的,有GC Roots引用,无法回收。那是什么原因导致内存溢出呢?是不是我只要加大内存就行了呢?如果是普通的内存溢出也许扩大内存就行了,但是如果是内存泄漏的话,扩大的内存不一会就会被占满,所以我们还需要确定是不是内存泄漏。我们之前保存了堆 Dump 文件,这个时候借助我们的MAT工具来分析下。
  2. 导入工具选择Leak Suspects Report,工具直接就会给你列出问题报告。
    Java性能问题解决思路
    列出了可疑的4个内存泄漏问题,我们点击其中一个查看详情:
    Java性能问题解决思路
    这里已经指出了内存被线程占用了接近50M的内存,占用的对象就是ThreadLocal。如果想详细的通过手动去分析的话,可以点击Histogram,查看最大的对象占用是谁,然后再分析它的引用关系,即可确定是谁导致的内存溢出。
    Java性能问题解决思路
    上图发现占用内存最大的对象是一个Byte数组,我们看看它到底被那个GC Root引用导致没有被回收。按照上图红框操作指引,结果如下图:
    Java性能问题解决思路
    发现Byte数组是被线程对象引用的,图中也标明,Byte数组对像的GC Root是线程,所以它是不会被回收的,展开详细信息查看,我们发现最终的内存占用对象是被ThreadLocal对象占据了。这也和MAT工具自动帮我们分析的结果一致。

死锁

  1. 通过ps -ef|grep java命令找出 Java 进程 pid;
  2. 执行jstack pid 即可出现java线程堆栈信息;
  3. 分析看出线程pool-1-thread-2和pool-1-thread-1在互相等待对方释放锁;
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"pool-1-thread-2":
        at top.luozhou.analysisdemo.controller.DeadLockThread2.run(DeadLockThread.java:30)
        - waiting to lock <0x00000000f8387d98> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000f8387d88> (a java.lang.Object)
        at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
        at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"pool-1-thread-1":
        at top.luozhou.analysisdemo.controller.DeadLockThread1.run(DeadLockThread.java:30)
        - waiting to lock <0x00000000f8387d88> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000f8387d98> (a java.lang.Object)
        at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
        at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

线程频繁切换

上下文切换会导致将大量CPU时间浪费在寄存器、内核栈以及虚拟内存的保存和恢复上,导致系统整体性能下降。当你发现系统的性能出现明显的下降时候,需要考虑是否发生了大量的线程上下文切换。

// 模拟线程切换代码
public String theadSwap(int num) {
        System.out.println("模拟线程切换");
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            new Thread(new ThreadSwap1(new AtomicInteger(0)),"thread-swap"+i).start();
        }
        return "ok";
    }
public class ThreadSwap1 implements Runnable {
    private AtomicInteger integer;

    public ThreadSwap1(AtomicInteger integer) {
        this.integer = integer;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            integer.addAndGet(1);
            Thread.yield(); //让出CPU资源
        }
    }
}
1. 执行vmstat 1 10,表示每1秒打印一次,打印10次,线程切换采集结果如下:
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
101  0 128000 878384    908 468684    0    0     0     0 4071 8110498 14 86  0  0  0
100  0 128000 878384    908 468684    0    0     0     0 4065 8312463 15 85  0  0  0
100  0 128000 878384    908 468684    0    0     0     0 4107 8207718 14 87  0  0  0
100  0 128000 878384    908 468684    0    0     0     0 4083 8410174 14 86  0  0  0
100  0 128000 878384    908 468684    0    0     0     0 4083 8264377 14 86  0  0  0
100  0 128000 878384    908 468688    0    0     0   108 4182 8346826 14 86  0  0  0

关注4个指标,r,cs,us,sy。

  1. r=100,说明等待的进程数量是100,线程有阻塞。
  2. cs=800多万,说明每秒上下文切换了800多万次,这个数字相当大了。
  3. us=14,说明用户态占用了14%的CPU时间片去处理逻辑。
  4. sy=86,说明内核态占用了86%的CPU,这里明显就是做上下文切换工作了。
2. 执行top命令查看进程CPU占用情况
PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                            
 87093 root      20   0 4194788 299056  13252 S 399.7 16.1  65:34.67 java 
3. top -Hp pid查看线程资源使用情况
 PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                             
 87189 root      20   0 4194788 299056  13252 R  4.7 16.1   0:41.11 java                                                                                
 87129 root      20   0 4194788 299056  13252 R  4.3 16.1   0:41.14 java                                                                                
 87130 root      20   0 4194788 299056  13252 R  4.3 16.1   0:40.51 java                                                                                
 87133 root      20   0 4194788 299056  13252 R  4.3 16.1   0:40.59 java                                                                                
 87134 root      20   0 4194788 299056  13252 R  4.3 16.1   0:40.95 java 

4. 使用pidstat -p 87093 -w 1 10命令来看看Java进程内部的线程切换数据
11:04:30 PM   UID       TGID       TID   cswch/s nvcswch/s  Command
11:04:30 PM     0         -     87128      0.00     16.07  |__java
11:04:30 PM     0         -     87129      0.00     15.60  |__java
11:04:30 PM     0         -     87130      0.00     15.54  |__java
11:04:30 PM     0         -     87131      0.00     15.60  |__java
11:04:30 PM     0         -     87132      0.00     15.43  |__java
11:04:30 PM     0         -     87133      0.00     16.02  |__java
11:04:30 PM     0         -     87134      0.00     15.66  |__java
11:04:30 PM     0         -     87135      0.00     15.23  |__java
11:04:30 PM     0         -     87136      0.00     15.33  |__java
11:04:30 PM     0         -     87137      0.00     16.04  |__java

根据上面采集的信息,我们知道Java的线程每秒切换15次左右,正常情况下,应该是个位数或者小数。结合这些信息我们可以断定Java线程开启过多,导致频繁上下文切换,从而影响了整体性能。

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