JVM生产环境问题定位与解决实战（二）：JConsole、VisualVM到MAT的高级应用

生产问题定位指南：几款必备的可视化工具

引言

在上一篇文章中，详细的介绍了JDK自带的一系列命令行工具，，如jps、jmap、jstat、jstack以及jcmd等，这些工具为排查和诊断Java虚拟机（JVM）问题提供了坚实的基础。这些工具虽然强大，但使用门槛相对较高，且信息的呈现方式较为原始，不易于直观理解。为了弥补这一不足，本篇将重点介绍三个可视化工具：JConsole、VisualVM和MAT（Memory Analyzer Tool）。这些工具以图形界面的形式，将复杂的Java虚拟机信息以直观、易懂的方式呈现出来，极大地降低了问题定位的难度。

工具选型全景图

1. JConsole

简介

JConsole 是 Java 开发工具包（JDK）自带的一个监控和管理工具，主要用于监控 Java 应用程序的性能和资源消耗。它通过 JMX（Java Management Extensions）技术连接到 Java 虚拟机（JVM），并提供实时的监控数据。

使用场景

JConsole 适用于需要快速查看 JVM 状态和性能指标的场景，尤其是在开发环境和测试环境中。它的简单易用性使得开发者和运维人员可以迅速定位内存泄漏、线程死锁等问题。

核心功能矩阵

功能模块	监控指标示例	使用价值
内存监控	各分区使用趋势、GC次数/耗时	发现内存泄漏征兆
线程监控	活动线程数、死锁检测	诊断线程阻塞问题
MBean操作	动态修改日志级别、触发GC	实时干预生产环境
类加载监控	已加载类数量/卸载情况	检测类加载泄漏

启动JConsole

启动JConsole，选择目标Java进程进行连接。连接成功后，丰富的监控信息即刻呈现。例如，通过内存视图，您可以直观观察到内存使用的变化趋势，及时发现并解决内存泄漏的隐患。

# 启动jconsole
jconsole
# 带鉴权的远程连接
jconsole -J-Djavax.net.ssl.keyStore=/path/to/keystore \-J-Djavax.net.ssl.keyStorePassword=changeit \service:jmx:rmi:///jndi/rmi://192.168.1.100:9999/jmxrmi

核心功能

1. 概览(Overview)

• 作用：显示Java虚拟机（VM）和监控值的概览信息。
• 用法：在“概述”标签中，可以查看CPU使用率、内存使用率、线程数以及Java VM中加载的类的数量等关键性能指标。这些指标通常以折线图的形式展示，帮助开发者快速了解应用程序的整体性能状况。此外，对着图表点击右键可以保存数据到CSV文件，以便后续使用其他工具进行深入分析。
  

2. 内存 (Memory)

• 作用：显示内存使用信息，包括堆内存、非堆内存以及内存池的状况。
• 用法：在“内存”标签中，开发者可以查看堆内存和非堆内存的使用量，以及内存池（如Eden Space、Survivor Space、Tenured Gen等）的使用情况。此外，还可以查看不同垃圾回收器（GC）进行垃圾回收的次数和时间。这些信息对于调优内存性能和诊断内存泄漏非常有用。开发者可以手动触发垃圾回收操作，并观察内存变化以评估性能。
  

3. 线程 (Threads)

• 作用：显示线程使用信息。
• 用法：线程标签展示了当前 JVM 中所有活动线程的状态，包括它们的名称、状态、阻塞计数、等待计数以及堆栈跟踪信息 2。此标签还包括一个“检测死锁”按钮，可以帮助识别线程间是否存在死锁的情况。这对于调试多线程应用中的同步问题至关重要。
  
  

4. 类（Classes）

• 作用：显示类装载信息。
• 用法：在“类”标签中，可以监控 JVM 中类的加载和卸载情况。提供类加载器的相关信息，有助于排查类加载问题。
  

5. VM 摘要（VM Summary）

• 作用：显示Java虚拟机信息。
• 用法：在“VM概要”标签中，可以查看有关Java虚拟机的详细信息，包括JVM版本、内存设置（如堆大小和非堆大小）、垃圾回收器类型等。这些信息对于了解JVM的配置和调优性能非常有帮助。
  

6.MBeans

• 作用：显示MBean信息。
• 用法：在“MBeans”标签中，可以浏览和管理Java管理扩展（MBean）服务器中的MBean。MBean是一种Java对象，它符合特定的管理接口，使得开发者可以通过标准的方式对应用程序进行管理。通过MBeans，开发者可以监控和管理应用程序的各种资源，如数据库连接池、消息队列等。此外，还可以执行自定义的管理操作，如重启服务、更改配置参数等。
  

2. VisualVM

简介

VisualVM 是另一个 JDK 自带（Oracle JDK 9 中已经不再捆绑，需单独下载）的工具，它集成了多个监控和诊断工具，提供了一个统一的界面来监控 Java 应用程序的性能和资源使用情况。VisualVM 支持本地和远程监控，并且可以通过插件扩展功能。同时，VisualVM 支持对 jmap 生成的堆转储文件和 jstack 生成的线程转储文件进行分析，为离线数据检测提供了有力支持。

使用场景

VisualVM，这一集多种功能于一身的Java性能监控与分析工具，不仅提供CPU使用率、内存使用率、线程活动等实时监控功能，还支持生成性能与内存快照，为您的后续分析与报告提供坚实基础。此外，VisualVM的插件扩展机制，更使其功能无限延伸，满足您的多样化需求。

核心功能矩阵

功能模块	监控指标/操作示例	使用价值
CPU Profiling	热点方法分析、调用树、采样/精确模式	定位性能瓶颈
内存分析	堆/非堆内存使用、GC活动、对象直方图	发现内存泄漏、优化内存分配
线程监控	线程状态、死锁检测、线程Dump	诊断线程阻塞、死锁问题
MBean操作	动态修改配置、触发GC、查看运行时信息	实时干预生产环境
快照分析	性能快照、内存快照、线程快照	历史问题回溯分析
插件扩展	BTrace脚本、TDA分析、GC日志可视化	深度定制分析能力

启动VisualVM

在 Oracle JDK 6~8 版本中会默认包含在里面，直接使用命令启动

jvisualvm   

JDK8的8u361版本及Oracle JDK9之后需要单独下载工具，具体可以参考这篇博客。
启动VisualVM，选择本地或远程Java进程进行监控。在监控界面中，CPU使用率、内存使用率等关键指标一目了然。通过内置的分析器，您可以轻松生成快照与报告，深入挖掘应用性能的秘密。例如，内存分析器将助您发现内存泄漏问题，并详细展示对象的内存使用情况及引用关系。

核心功能

1. 概述（Overview）

作用：
概述标签提供了Java应用程序的基本信息和性能概览。它显示应用程序的启动时间、持续时间、JVM版本、类路径、系统属性等基本信息，以及CPU使用率、内存使用率等关键性能指标。

2. 监视（Monitor）标签

作用：
监视页面用于实时查看 JVM 的关键性能指标，包括堆内存使用情况、非堆内存（如永久代或元空间）使用情况、垃圾回收活动以及加载的类的数量 。用户可以通过此页面手动触发垃圾回收，并观察其对内存的影响。当出现 OutOfMemoryError 时，还可以配置生成堆转储文件。

用法：

• 在监视标签中，你可以看到CPU使用率的实时变化，以及内存的使用情况，包括堆内存的使用量、垃圾回收次数和时间等。
• 类部分显示已加载的类数量和卸载的类数量，帮助你了解类的加载和卸载情况。
• 线程部分显示当前活动的线程数量，以及线程的状态（如运行、等待、阻塞等）。
• 你可以通过监视这些数据，及时发现性能瓶颈或异常行为。
  

3. 线程（Threads）标签

作用：
线程页面展示了当前 JVM 中所有活动线程的状态，包括线程名称、状态、CPU 使用率等 。这里有一个特别有用的功能是“检测死锁”，可以帮助识别是否存在线程间的死锁问题。通过时间线视图，可以追踪线程在不同时间段内的状态变化，这对于分析多线程应用中的并发问题非常有帮助。

用法：

• 在线程标签中，你可以看到所有线程的详细信息，包括线程ID、名称、状态、优先级等。
• 你可以通过线程ID或名称进行筛选，找到特定的线程。
• 线程堆栈信息部分显示每个线程的堆栈调用情况，帮助你了解线程的执行路径和状态。
• 如果发现线程死锁或性能问题，你可以通过线程Dump功能生成线程的堆栈信息，并将其保存为文件，以便后续分析。
  
  

4. 抽样器（Sampler）标签

作用：
抽样器/剖析器页面允许用户执行 CPU 和内存采样，以了解应用程序中哪些方法消耗了最多的资源 。对于 CPU 分析，可以看到每个方法的调用次数和总执行时间；对于内存分析，则可以查看对象分配的情况及存活的对象数量。这有助于定位性能瓶颈并进行针对性的优化。

用法：

• 在抽样器标签中，你可以选择对CPU或内存进行取样分析。
• 取样过程中，VisualVM会定期收集应用程序的性能数据，包括方法的调用次数、执行时间等。
• 取样完成后，你可以在分析结果中看到每个方法的性能数据，包括方法的调用次数、执行时间占比等。
• 通过这些数据，你可以找到性能瓶颈并进行优化。例如，你可以发现哪些方法占用了较多的CPU时间或内存空间，并考虑对这些方法进行优化。
  
  

5. Profiler（分析器）标签

作用：
Profiler标签提供了对Java应用程序的详细性能分析能力。它可以收集应用程序的方法级性能数据，并帮助你找到性能瓶颈。

用法：

• 在Profiler标签中，你可以选择对CPU或内存进行分析。
• 分析过程中，VisualVM会收集应用程序的方法级性能数据，包括方法的调用次数、执行时间等。
• 分析完成后，你可以在分析结果中看到每个方法的性能数据，并可以通过调用树或热点方法视图进行进一步分析。
• 通过这些数据，你可以深入了解应用程序的性能状况，并找到性能瓶颈。例如，你可以发现哪些方法占用了较多的CPU资源或内存空间，并考虑对这些方法进行优化或重构。
  
  

6.Visual GC插件

作用：
将可视垃圾收集监视工具集成到VisualVM中。Visual GC附加到应用程序，并收集并以图形方式显示垃圾收集，类加载器和HotSpot编译器性能数据。
用法：
在 VisualVM 中安装插件：点击 工具 -> 插件，选择 可用插件 标签，选中所需插件并点击 安装，然后重启 VisualVM。

离线分析

不能直接连接生产环境

VisualVM通常通过JMX（Java Management Extensions）或JDP（Java Debug Wire Protocol）协议直接连接到正在运行的Java应用程序。这种连接方式适用于本地开发环境或测试环境，因为它允许开发者实时监控和分析应用程序的性能。然而，在生产环境中，直接连接通常是不被允许的。
VisualVM为了收集数据需要与目标JVM建立连接并交换信息，这个过程会占用一定的网络带宽和服务器资源，可能会加重服务器的负担，尤其是在高并发或资源紧张的情况下。此外，开放用于远程监控的端口（例如JMX端口）还可能引入安全风险，如果不正确配置防火墙规则和访问控制，可能导致未授权访问，从而威胁到系统的安全性。因此，在生产环境中，通常建议采用分析由jmap和jstack等工具生成的离线文件的方式来进行故障排查和性能调优，这样可以在不影响生产系统的情况下深入分析潜在问题。
在上一篇文章中介绍了使用jmap创建堆转储、jstack生成线程转储，以及设置JVM参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=自动保存内存溢出时的堆转储文件，本文就不再赘述。

加载堆转储文件

启动VisualVM，然后选择“文件”菜单中的“装入”，接着浏览并选择之前保存的.hprof文件即可开始分析。

3. MAT（Memory Analyzer Tool）

简介

Memory Analyzer (MAT) 是一个开源工具，由 Eclipse 社区开发和维护。它主要用于分析 Java 堆转储文件，帮助开发者识别内存泄漏、分析内存使用情况、查找大对象等。MAT 提供了丰富的图表和报告，使得内存分析变得更加直观和易于理解

使用场景

MAT 适用于需要深入分析内存问题的场景，尤其是在生产环境中出现内存泄漏或内存溢出时。它的强大分析能力使得运维专家可以快速定位内存问题的根本原因，并提供有效的解决方案。

主要功能

• 内存泄漏检测：通过分析堆转储文件，识别潜在的内存泄漏问题。
• 对象占用分析：显示每个对象占用的内存大小，帮助识别内存占用过高的对象。
• 引用链分析：显示对象的引用链，帮助理解对象的生命周期和引用关系。
• 报告生成：生成详细的内存分析报告，便于团队共享和讨论。

安装与启动MAT

你可以从Eclipse Memory Analyzer的官方网站下载最新版本的MAT。安装完成后，启动MAT，选择“File”菜单中的“Open Heap Dump”选项，浏览到你的堆转储文件（通常是一个.hprof文件），并打开它。

常见选项的含义：

1. Leak Suspects Report：内存泄漏可疑点报告，自动检查堆转储是否存在泄漏嫌疑，报告哪些对象被保存起来，为什么它们没有被垃圾收集，最常用的模式。
2. Component Report： 元件报告，分析一组对象是否存在可疑的内存问题：重复的字符串、空集合、终结器、弱引用等。
3. Re-open previously run reports： 打开以前的运行报告；

核心功能

1. 泄露疑点（Leak Suspects）

作用：报错概览标签自动分析当前内存泄漏的主要原因，并列出可能的泄漏点和相关对象。

用法：打开MAT后，加载堆快照文件，报错概览通常会在概览（Overview）页签下的Reports部分显示。用户可以查看列出的内存泄漏嫌疑对象，并通过点击详情（detail）链接获取更详细的信息，包括泄漏对象的最快路径和被引用关系。

2. 直方图（Histogram）

作用：直方图列出了堆中每个类及其对应的对象数量和所占用的内存大小，帮助用户了解内存分布情况。

用法：在MAT的概览页签下可以找到直方图。用户可以通过类名（ClassName）进行检索，查看特定类的对象数量和内存占用情况。此外，直方图还支持右键点击对象，查看其引用关系（incoming/outgoing references）。

3. 支配数（Dominator Tree）

作用：支配数视图以占用总内存的百分比方式列举出所有实例对象，帮助用户发现大内存对象及其依赖关系。

用法：在MAT中，支配数视图通常位于概览页签下。用户可以通过该视图了解哪些对象占用了大量内存，并通过点击对象查看其保留集（Retained Set）和引用关系。支配数视图是分析内存泄漏和优化内存使用的重要工具。

4. 线程视图（Thread Overview）

作用：线程视图展示了当前进程dump时的所有线程的堆栈信息，帮助用户定位线程执行的方法层级关系和异常问题。

用法：在MAT中，用户可以通过点击一级导航栏中的线程视图图标来打开该视图。在线程视图中，用户可以查看每个线程的堆栈信息，包括线程名称、状态、优先级以及执行的代码行等。这对于分析线程死锁、性能瓶颈等问题非常有帮助。

5. 顶级消费者（Top Consumers）

作用：Top Consumers标签按照包名和类分组，列出占用内存最多的对象。它帮助开发者快速定位哪些类或包占用了大量内存，从而进行针对性优化。

5. 重复类（Duplicate Classes）

作用：Duplicate Classes标签用于检测由多个类加载器加载的相同类。在Java应用中，如果同一个类被多个类加载器加载，可能会导致内存浪费和潜在问题。通过Duplicate Classes标签，开发者可以快速识别这些问题。

总结

在生产问题定位过程中，选择合适的可视化工具可以大大提高问题诊断的效率和准确性。JConsole、VisualVM 和 MAT 是几款常用的工具，它们各自有不同的优势和适用场景。运维专家应根据具体问题的性质和环境选择合适的工具，并结合实际经验进行深入分析。

通过熟练掌握这些工具，运维团队可以更高效地应对生产环境中的各种挑战，确保系统的稳定性和性能。