JVM问题排查工具ServiceabilityAgent介绍

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简单介绍

构建高性能的 Java 应用过程中，必然会遇到各种各样的问题，像 CPU 飙高、内存泄漏、应用奔溃，以及其他疑难杂症，这时可以使用 Serviceability Agent（SA）。SA 是 JDK 提供的一个强大的调试工具集，适用于语言层和虚拟机层，支持调试运行着的 Java 进程、core 文件和虚拟机 crash 之后的 dump 文件。

SA 的优点：可以呈现出类对象、能够识别出 Java 堆、堆边界、堆内对象、载入的类描述、栈内存、线程状态等信息。

安装

首先，我使用的操作系统版本是：macOS 10.12.6 进。SA 提供了两个调试工具：图形化的调试工具（HSDB）和命令行工具（CLHSDB）。这里我们演示下如何在 Mac 下启动 SA HSDB。

1. 设置 JAVA_HOME 变量：export JAVA_HOME=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/
2. SA HSDB 的入口在 $JAVA_HOME/lib/sa-jdi.jar 中，main 方法在 sun.jvm.hotspot.HSDB 中，因此使用命令：sudo java -cp $JAVA_HOME/lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB，就可以启动 HSDB 调试器（入下图所示）

使用模式

单击左上角的 File 按钮可以看到：下拉框里指出了 SA HSDB 的三种使用模式：

1. 链接到本地 Hotspot 进程上；
2. 链接到 core 文件；
3. 连接到远程的服务器进行 Debug；

入门示例

这里我以自己维护的一个 Java 应用为例，演示了 SA HSDB 最重要的一些功能。我在本地启动了该服务，使用 jps -l 命令可以看到该服务的 PID 是 51926，我使用第一种调试模式。

SA 是快照调试器，因此，当在上图中点击 OK 的时候，account 的 Java 进程会被暂停，直到我们断开对该进程的调试，而 SA HSDB 显示的则是 SA 刚刚链接上 account 进程那个时间点的进程快照，入下图所示。

常用工具

左侧的下拉列表主要是一些常用的工具，分别介绍如下【其他功能暂时不常用，可以遇到问题了再研究】：

1. 类浏览器（Class Browser）：可以查看 account 的 Java 进程中载入的类；遇到 OOM 异常时，可以使用这个工具分析有哪些类是不需要载入的，当然，也可以分析希望载入但是没载入的情况；

2. 死锁检测（Deadlock Detection）：检测 Java 代码层面的死锁，如果线程中存在死锁，则会显示线程死锁的信息和他们等待的锁；
3. 对象检视器（Interceptor）：可以查看 Java 线程对象的基本信息，也可以查看虚拟机内部的 C ++ 结构体信息；

4. 对象直方图（Object Histogram）：可以查看当前堆内存中对象的直方图，该工具在排查内存泄漏和 OOM 类问题的时候非常有效

快捷图标

右侧的小窗口上面有四个图表，是一些快捷方式；分别介绍如下：

1. 进程检视器：给出线程对象的 VM 中间表示形式（即开发者可以看懂的格式）

2. 栈内存：显示选中进程的栈内存数据

   • 左起第 1 栏是内存地址，请让我提醒一下本文里提到“内存地址”的地方都是指虚拟内存意义上的地址，不是“物理内存地址”，请不要弄混了这俩概念；
   • 第 2 栏是该地址上存的数据，以字宽为单位，本文例子中我是在 macOS 上跑 64 位的 JDK8 的 HotSpot VM，字宽是 64 位（8 字节）；
   • 第 3 栏是对数据的注释，竖线表示范围，横线或斜线连接范围与注释文字
3. 栈调用路径：显示线程的调用路径，可以看到方法名和地址，并能超链到方法的详细信息
4. 线程的基本信息：包括线程状态、线程 ID 等等

SA 的其他工具

1. FinalizerInfo：该工具可用于打印出目标虚拟机所有可销毁对象的详细信息；
2. HeapDumper：该工具可以用 hprof 格式转储 Java 堆的快照信息（类似于 jmap 命令）；
3. 永生代信息统计（PermStat）：该工具用于打印出目标虚拟机中永生代的统计信息；Obje
4. PMap：该工具用于打印出目标虚拟机进程的内存映射信息；
5. 对象直方图（Object Histogram）：对象直方图不仅可以在 HSDB 和 CLHSDB 中使用，还可以单独使用；
6. OQL：该工具提供了类似脚本语言的命令，可以通过执行结构化对象查询语句，可以像写 SQL 一样，在 Java 堆中查找指定的对象；
7. ClassDump：使用该工具可以导出目标虚拟机进程加载的类。

参考资料

1. 《Java 性能调优指南》
2. Java ServiceabilityAgent(HSDB)使用和分析
3. 借 HSDB 来探索 HotSpot VM 的运行时数据
4. Java 七武器系列长生剑 — Java 虚拟机的显微镜 Serviceability Agent

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