1.概述
給一個(gè)系統(tǒng)定位問(wèn)題的時(shí)候，知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)是關(guān)鍵基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是依據(jù)，工具是運(yùn)用知識(shí)處理數(shù)據(jù)的手段。這里所說(shuō)的數(shù)據(jù)包括：運(yùn)行日志、異常堆棧、GC日志、線程快照（threaddump/javacore文件）、堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照（heapdump/hprof文件）等。
2.JDK的命令行工具

2.1.虛擬機(jī)進(jìn)程狀況工具：jps
功能：可以列出正在運(yùn)行的虛擬機(jī)進(jìn)程，并顯示虛擬機(jī)執(zhí)行主類(lèi)（Main Class，main()函數(shù)所在的類(lèi)）名稱(chēng)以及這些進(jìn)程的本地虛擬機(jī)唯一ID（Local Virtual Machine Identifier，LVMID）。
命令格式：jps [options] [hostid]

2.2.虛擬機(jī)統(tǒng)計(jì)信息監(jiān)視工具：jstat
功能：可以顯示本地或者遠(yuǎn)程虛擬機(jī)進(jìn)程中的類(lèi)加載、內(nèi)存、垃圾收集、JIT編譯等運(yùn)行數(shù)據(jù)。
命令格式：jstat -<optios> [-t] [-h<Lines>] <vmid> [ <interval> [ <count> ] ]

• 對(duì)于命令格式中的VMID與LVMID需要特別說(shuō)明一下：如果是本地虛擬機(jī)進(jìn)程，VMID與LVMID是一致的；如果是遠(yuǎn)程虛擬機(jī)進(jìn)程，那么VMID的格式應(yīng)當(dāng)是：
  [protocol:][//]lvmid[@hostname[:port]/servername]
• -t：可以在打印的列加上Timstamp列，用于顯示系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間
• -h：可以在指定輸出N行后輸出一次表頭
• 參數(shù)interval和count代表查詢間隔和次數(shù)，如果省略了這兩個(gè)參數(shù)，說(shuō)明只查詢一次。

2.3.Java配置信息工具：jinfo
功能：實(shí)時(shí)地查看和調(diào)整虛擬機(jī)各項(xiàng)參數(shù)
命令格式：jinfo [option] pid

2.4.Java內(nèi)存映像工具：jmap
功能：可用于生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照（heapdump或dump文件），也可用于查詢finalize執(zhí)行隊(duì)列、Java堆和永久代的詳細(xì)信息，如空間使用率、當(dāng)前用的是哪種收集器等。
命令格式：jmap [option] vmid

2.5.虛擬機(jī)堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照分析工具：jhat
功能：jhat（JVM Heap Analysis Tool）用于分析jmap生成的堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照文件。
命令格式：jhat <filename>

2.6.Java堆棧跟蹤工具：jstack
功能：用于生成虛擬機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的線程快照（一般稱(chēng)為threaddump或者javacore文件）。線程快照就是當(dāng)前虛擬機(jī)內(nèi)每一條線程正在執(zhí)行的方法堆棧的集合，生成線程快照的主要目的是定位線程長(zhǎng)時(shí)間停頓的原因，如線程間死鎖、死循環(huán)、請(qǐng)求外部資源導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)間等待等都是導(dǎo)致線程長(zhǎng)時(shí)間停頓的常見(jiàn)原因。
命令格式：jstack [option] vmid

3.JDK的可視化工具
3.1.Java監(jiān)視與管理控制臺(tái)：JConsole
JConsole（Java Monitoring and Management Console）是一種基于JMX的可視化監(jiān)視、管理工具。
3.1.1.啟動(dòng)JConsole
通過(guò)JDK/bin目錄下的jconsole.exe啟動(dòng)JConsole后，將自動(dòng)搜索出本機(jī)運(yùn)行的所有虛擬機(jī)進(jìn)程，不需要用戶自己再使用jps來(lái)查詢了。

JConsole連接頁(yè)面.png

JConsole主界面.png

如上圖所示，主界面共包括“概述”、“內(nèi)存”、“線程”、“類(lèi)”、“VM概要”和“MBean”6個(gè)頁(yè)簽。
3.1.2.內(nèi)存監(jiān)控
“內(nèi)存”頁(yè)簽相當(dāng)于可視化的jstat命令，用于監(jiān)視受收集器管理的虛擬機(jī)內(nèi)存（Java堆、永久代/元空間）的變化趨勢(shì)。我們通過(guò)下面的一段代碼來(lái)演示一下JConsole是如何監(jiān)控內(nèi)存變化的。

package com.nwpu.davince.jvm;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class TestDemo {
    
    static class OOMObject {
        public byte[] placeHolder = new byte[64 * 1024];
    }

    private static void fillHeap(int num) throws InterruptedException {
        List<OOMObject> list = new ArrayList<TestDemo.OOMObject>();
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            Thread.sleep(50);
            list.add(new OOMObject());
        }
        System.gc();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        fillHeap(1000);
    }
}

Eden區(qū)內(nèi)存變化狀況.png

程序運(yùn)行后，可以看到內(nèi)存池Eden區(qū)的運(yùn)行趨勢(shì)呈現(xiàn)折線狀。而監(jiān)視范圍擴(kuò)大至整個(gè)堆后，會(huì)發(fā)現(xiàn)曲線是一條向上增長(zhǎng)的平滑曲線。

堆內(nèi)存使用量.png

3.1.3.線程監(jiān)控
“線程”頁(yè)簽的功能相當(dāng)于可視化的jstack命令，遇到線程停頓時(shí)可以使用這個(gè)頁(yè)簽進(jìn)行監(jiān)控分析。線程停頓的主要原因有：等待外部資源（數(shù)據(jù)庫(kù)連接、網(wǎng)絡(luò)資源、設(shè)備資源等）、死循環(huán)、鎖等待（活鎖和死鎖）。我們將通過(guò)以下代碼來(lái)分別演示這幾種情況。

package com.nwpu.davince.jvm;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class JStackDemo {

    /**
     * 線程死循環(huán)
     */
    public static void createBusyThread() {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true)
                    ;
            }
        }, "testBusyThread");
        thread.start();
    }

    /**
     * 線程鎖等待
     */
    public static void createLockThread(final Object lock) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "testLockThread");
        thread.start();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        br.readLine();
        createBusyThread();
        br.readLine();
        Object lock = new Object();
        createLockThread(lock);
    }

}

程序運(yùn)行后，首先在“線程”頁(yè)簽中選擇main線程。堆棧追蹤顯示BufferReader在readBytes方法中等待System.in的鍵盤(pán)輸入，這是線程為Runnable狀態(tài)，Runnable狀態(tài)的線程會(huì)被分配CPU運(yùn)行時(shí)間，但readBytes方法檢查到流沒(méi)有更新時(shí)會(huì)立刻歸還執(zhí)行令牌，這種等待只消耗很小的CPU資源。

main線程.png

接著監(jiān)控testBusyThread線程，testBusyThread線程一直在執(zhí)行空循環(huán)，從堆棧追蹤中看到一直在JStackDemo.java代碼的16行停留，16行行為：while(true)。這時(shí)線程為Runnable狀態(tài)，而且沒(méi)有歸還線程執(zhí)行令牌的動(dòng)作，會(huì)在空循環(huán)上用盡全部CPU執(zhí)行時(shí)間直到線程切換，這種等待會(huì)消耗較多的CPU資源。

testBusyThread線程.png

testLockThread線程在等待著lock對(duì)象的notify或notifyAll方法的出現(xiàn)，線程這時(shí)候處于WAITING狀態(tài)，在被喚醒前不會(huì)被分配執(zhí)行時(shí)間。testLockThread線程在正處于正常的活鎖等待，只要lock對(duì)象的notify或notifyAll方法被調(diào)用，這個(gè)線程便能激活以繼續(xù)執(zhí)行。

testLockThread線程.png

最后，我們來(lái)演示一個(gè)無(wú)法再被激活的死鎖等待的例子。

package com.nwpu.davince.jvm;

public class ThreadDeadLock {

    static class SynAddRunnable implements Runnable {
        int a, b;

        public SynAddRunnable(int a, int b) {
            this.a = a;
            this.b = b;
        }

        @Override
        public void run() {
            synchronized (Integer.valueOf(a)) {
                synchronized (Integer.valueOf(b)) {
                    System.out.println(a + b);
                }
            }
        }

    }
    
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(new SynAddRunnable(1,2)).start();
            new Thread(new SynAddRunnable(2,1)).start();
        }
    }
}

上述程序?qū)?huì)出現(xiàn)死鎖等待的情況。而造成死鎖的原因是Integer.valueOf()方法基于減少對(duì)象創(chuàng)建次數(shù)和節(jié)約內(nèi)存的考慮，[-128,127]之間的數(shù)字會(huì)被緩存，當(dāng)valueOf()方法傳入這個(gè)參數(shù)在這個(gè)范圍之內(nèi)，將直接返回緩存中的對(duì)象。也就是說(shuō)，代碼中調(diào)用了200次Integer.valueOf()方法一共就只返回了兩個(gè)不同的對(duì)象。假如某個(gè)線程的兩個(gè)synchronized塊之間發(fā)生了一次線程切換，那就會(huì)出現(xiàn)線程A等著被線程B持有的Integer.valueOf(1)，而線程B又等著被線程A持有的Integer.valueOf(2)，結(jié)果就出現(xiàn)了死鎖等待。

線程死鎖.png

線程死鎖快照.png

3.2.多合一故障處理工具：VisualVM

3.3.內(nèi)存分析工具：MAT（Eclipse Memory Analyzer Tool）