性能监控之常见 Java Heap Dump 方法

zuozewei 发表于 2021/11/24 10:24:58 2021/11/24
【摘要】 从经验上来说,我们应该记得在运行 Java 应用程序时始终使用 HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数。

前言

在本文中,我们总结下 Java dump 的几种不同方法。

Java Heap Dump 是特定时刻 JVM 内存中所有对象的快照。它们对于解决内存泄漏问题和分析 Java 应用程序中的内存使用情况非常有用。

Java Heap Dump 通常以二进制格式的 hprof 文件存储。我们可以使用 jhat 或 JVisualVM 之类的工具打开和分析这些文件。同样,使用 MAT 工具分析是很常见的。

JDK 工具包

JDK 附带了几个以不同方式 Heap Dump 的工具。所有这些工具都位于 JDK 主目录下的 bin 文件夹下。因此,只要这个目录包含在系统路径中,我们就可以直接从命令行启动它们。

jmap

jmap 是一种工具,用于打印有关正在运行的 JVM 中的内存的统计信息。我们可以将其用于本地或远端进程。

要使用 Jmap Heap Dump ,我们需要使用 Heap Dump 参数:

jmap -dump:[live],format=b,file=<file-path> <pid>

与该参数一起,我们应该指定几个参数:

  • live:如果设置,则仅打印具有活动引用的对象,并丢弃准备好进行垃圾回收的对象。此参数是可选的。
  • format = b:指定转储文件将采用二进制格式。如果未设置,结果是相同的
  • file:将写入的文件
  • pid:Java 进程的 ID

举一个例子是这样的:

jmap -dump:live,format=b,file=/tmp/dump.hprof 12587

注意:
我们可以使用 jps 命令轻松获取 Java 进程的pid。
jmap 是作为实验工具在 JDK 中引入的。因此,在某些不支持的情况下,最好使用其他工具代替。

jcmd

jcmd 是一个非常完整的工具,可以通过向 JVM 发送命令请求来工作。我们必须在运行 Java 进程的同一台机器上使用它。

它的最多命令就是 GC.heap_dump,我们可以通过指定进程的 pid 和输出文件路径来使用它来 Heap Dump:

jcmd <pid> GC.heap_dump <file-path>

我们可以使用上面例子中使用的相同参数执行它:

jcmd 12587 GC.heap_dump /tmp/dump.hprof

与 jmap 一样,生成的 dump 为二进制格式。

JVisualVM

JVisualVM 是带有图形用户界面的工具,它使我们可以监控 Java 应用程序,对其进行故障排除和分析。GUI 简单,直观并且易于使用。

我们可以右键单击 Java 进程并选择“线程dump”选项,该工具将创建 dump 并在新选项卡中将其打开:

JVisualVM

注意:
我们可以在“基本信息” 部分中找到创建的文件的路径。
从 JDK 9开始,Visual VM 不包括在 Oracle JDK 和 Open JDK 发行版中。因此,如果我们使用的是 Java 9 或更高版本,则可以从 Visual VM 开源项目站点获得 JVisualVM 。
地址:https://visualvm.github.io/

自动 heap dump

上面介绍所有工具均在特定时间手动去 dump 的。在某些情况下,我们希望在发生 java.lang.OutOfMemoryError 时获取 Heap Dump ,以帮助我们分析问题。

对于这种情况,Java 提供了 HeapDumpOnOutOfMemoryError 命令行参数,当抛出 java.lang.OutOfMemoryError 时,程序会生成 heap dump :

java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

默认情况下,它将 dump 存储在我们正在运行应用程序的目录中的 java_pid <pid> .hprof 文件中。如果要指定另一个文件或目录,可以在 HeapDumpPath 参数中进行设置:

java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=<file-or-dir-path>

使用此参数,当我们的应用程序内存不足时,我们将能够在日志中看到包含 dump 的已创建文件:

java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
Dumping heap to java_pid12587.hprof ...
Exception in thread "main" Heap dump file created [4744371 bytes in 0.029 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
	at com.baeldung.heapdump.App.main(App.java:7)

在上面的示例中,它已写入到 java_pid12587.hprof 文件中。

就像我们看到的,此参数非常有用,使用此参数运行应用程序时没有任何开销。因此,强烈建议始终使用此参数,尤其是在生产中。

最后,还可以在运行时通过使用 HotSpotDiagnostic MBean 来指定此参数。
为此,我们可以使用 JConsole 工具并将HeapDumpOnOutOfMemoryError VM 参数值设置为 true:
JConsole

JMX

我们将使用在上一节中简要介绍的 HotSpotDiagnostic MBean。该 MBean 提供了一个 dumpHeap 方法,该方法接受 2 个参数:

  • outputFile:dump 文件的路径。该文件应具有 hprof 扩展名
  • live:如果设置为 true,则它仅 dump 内存中的活动对象,就像我们之前在 jmap上看到的那样

下面我们将介绍两种不同的方法来调用此方法来 heap dump。

JConsole

使用 HotSpotDiagnostic MBean 的最简单方法是使用 JMX 客户端(例如JConsole)

打开 JConsole 并连接到正在运行的 Java 进程,则可以导航到 MBeans 选项卡并在 com.sun.management下找到HotSpotDiagnostic。
在操作中,我们可以找到我们之前描述的 dumpHeap 方法:
dumpHeap 方法

如所示,为了执行 dumpHeap 操作,我们只需要引入参数 outputFile 并将其存在于 p0 和 p1 文本字段中。

编程

使用 HotSpotDiagnostic MBean 的另一种方法是通过从 Java 编程方式调用它。

为此,我们首先需要获取一个 MBeanServer 实例,以便获取在应用程序中注册的 MBean。
之后,我们只需要获取 HotSpotDiagnosticMXBean 的实例 并调用其 dumpHeap 方法。

import javax.management.MBeanServer;

import java.io.IOException;
import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.nio.file.Paths;

public class HeapDump {

    public static void dumpHeap(String filePath, boolean live) throws IOException {
        MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
        HotSpotDiagnosticMXBean mxBean = ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(
          server, "com.sun.management:type=HotSpotDiagnostic", HotSpotDiagnosticMXBean.class);
        mxBean.dumpHeap(filePath, live);
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String file = Paths.get("dump.hprof").toFile().getPath();

        dumpHeap(file, true);
    }
}

注意,不能覆盖 hprof 文件。因此,在创建打印 heap dumps 的应用程序时应该考虑到这一点。如果我们没有这样做,就会得到一个异常:

Exception in thread "main" java.io.IOException: File exists
	at sun.management.HotSpotDiagnostic.dumpHeap0(Native Method)
	at sun.management.HotSpotDiagnostic.dumpHeap(HotSpotDiagnostic.java:60)

Arthas

Arthas 是阿里提供的一款 Java 开源诊断工具。能够查看应用的线程状态、JVM 信息等;并能够在线对业务问题诊断,比如查看方法调用的出入参、执行过程、抛出的异常、输出方法执行耗时等,大大提升了线上问题的排查效率。

Arthas 提供 heapdump 命令:dump java heap, 类似 jmap命令的 heap dump功能。

dump 到指定文件:

[arthas@58205]$ heapdump /tmp/dump.hprof
Dumping heap to /tmp/dump.hprof...
Heap dump file created

只 dump live对象:

[arthas@58205]$ heapdump --live /tmp/dump.hprof
Dumping heap to /tmp/dump.hprof...
Heap dump file created

dump 到临时文件:

[arthas@58205]$ heapdump
Dumping heap to /var/folders/my/wy7c9w9j5732xbkcyt1mb4g40000gp/T/heapdump2019-09-03-16-385121018449645518991.hprof...
Heap dump file created

更多参考:https://arthas.gitee.io/heapdump.html

结论

在本文中,我们展示了用 Java Heap Dump 的多种方法。

在这里插入图片描述

从经验上来说,我们应该记得在运行 Java 应用程序时始终使用 HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数。

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