火焰圖是進行性能分析的工具，可以通過Flame Graph獲取指定程序的火焰圖，目前IDEA也增添了火焰圖功能，叫做CPU Profiler
Flame Graphs
Flame Graph是一個可視化的性能分析軟件，可以快速準確地識別最頻繁調用的代碼，最終生成交互式的SVG圖片，作者是Brendan Gregg，博客鏈接，名字叫做“火焰圖”是因為它最初的功能是用于顯示CPU上的熱點（正在運行的代碼），看起來像火焰
這里主要講述Java語言中通過火焰圖分析CPU耗時
火焰圖中X軸是所有的采樣點的集合，Y軸表示棧的深度stack depth，每個方框代表一個棧幀stack frame或者說是一個函數(shù)，方框的寬帶代表其在CPU上的時間比例（基于采樣），越寬表示其運行的時間更長，或者說是調用的次數(shù)更多。從底層最寬的幀往上讀，代表著函數(shù)的調用關系，不同的分叉代表不同的代碼調用路徑。顏色沒有實際意義，只是隨機選取用于棧幀之間相互區(qū)分，左右順序也沒有什么含義
通過火焰圖可以快速識別和量化的CPU使用情況，也可以收集不同時間或者不同版本的火焰圖，通過比較快速量化性能的變化
分析器的選擇
為了生成火焰圖，需要一個可以對函數(shù)棧軌跡進行采樣的分析器，對于Java，可以使用兩種類型的分析器：
- 系統(tǒng)分析器
System profilers：例如Linux perf_events，它可以分析系統(tǒng)代碼路徑，例如libjvm，GC和內核，但不能分析Java方法 - JVM分析器
JVM profilers：例如hprof，Lightweight Java Profiler (LJP)，可以顯示Java方法，但不顯示系統(tǒng)代碼路徑
perf，也叫作Performance Counters for Linux (PCL)，perf_events或perf tools，是一個Linux性能分析工具，是Linux 內核的一部分，面向事件通過采樣進行性能分析，有兩種采樣方法：硬件，主要利用CPU的PMU(Performance Monitoring Unit)計數(shù)器統(tǒng)計事件次數(shù)，比如L1 Cache失效的次數(shù)，分支預測失敗的次數(shù)；軟件，例如利用tracepoint作為探測點進行采樣
缺失Java函數(shù)信息的原因：
- JVM內部即時編譯器JIT，不會公開傳統(tǒng)的符號表供系統(tǒng)分析器讀取
- JVM默認使用幀指針寄存器（x86-64上的RBP）作為通用寄存器，與傳統(tǒng)的棧不同
解決：
- 使用開源JVMTI代理
perf-map-agent，創(chuàng)建/tmp/perf-<pid>.map文件，內部列出符號地址（十六進制），大小和符號名稱。perf_events默認查找此文件，如果找到，則將其用于符號轉換 - 使用
-XX:+PreserveFramePointer，以便perf可以精準的獲取棧結構，會導致一定的性能損耗
使用
- 安裝
perf
查看系統(tǒng)上是否有perf，如果沒有就按照提示安裝
sudo apt install linux-tools-common
sudo apt install linux-tools-4.15.0-46-generic
- 確保JDK版本Java 8 update 60 build 19及以上，該版本添加了
-XX:+PreserveFramePointer選項的支持 - 安裝
perf-map-agent
sudo bash
apt-get install cmake
export JAVA_HOME=/path-to-your-new-jdk8
cd /destination-for-perf-map-agent # I use /usr/lib/jvm
git clone --depth=1 https://github.com/jvm-profiling-tools/perf-map-agent
cd perf-map-agent
cmake .
make
會產生一個out目錄，內部包含attach-main.jar
- 安裝FlameGraph，包含perl腳本，可以對捕獲的采樣數(shù)據(jù)進行處理，生成火焰圖
git clone --depth=1 https://github.com/brendangregg/FlameGraph
- 具體使用
首先是啟動目標Java程序
然后進行CPU采樣30秒
sudo perf record -F 99 -a -g -- sleep 30
參數(shù)的含義，具體可以查看sudo perf record -h
-F指定頻率即每秒采樣數(shù)，這里以99赫茲的頻率
-a對所有進程進行采樣，可以使用-p指定進程
指定Java目標進程的PID，緩存符號表，其中attach-main.jar文件來自perf-map-agent
java -cp attach-main.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar net.virtualvoid.perf.AttachOnce PID
sudo chown root /tmp/perf-*.map
對采樣數(shù)據(jù)進行處理，生成SVG類型的火焰圖，其中的stackcollapse-perf.pl和flamegraph.pl來自FlameGraph
sudo perf script | stackcollapse-perf.pl | \
flamegraph.pl --color=java --hash > flamegraph.svg
或者使用jmaps腳本，自動的為所有Java進程創(chuàng)建符號文件
sudo perf record -F 99 -a -g -- sleep 30; sudo jmaps
sudo perf script | stackcollapse-perf.pl | \
flamegraph.pl --color=java --hash > flamegraph.svg
CPU Profiler
比上一個方式簡單，IntelliJ IDEA 2018.3版本引用該功能，類似于火焰圖，目前還是測試版本，只支持Linux和Mac
-
Ctrl+Shift+A打開Find Action對話框，輸入Experimental features，勾選idea.profiler.enabled，啟用該功能
- 安裝perf，并進行配置
//直接配置
sudo sh -c 'echo 1 >/proc/sys/kernel/perf_event_paranoid'
sudo sh -c 'echo 0 >/proc/sys/kernel/kptr_restrict'
//永久配置
sudo sh -c 'echo kernel.perf_event_paranoid=1 >> /etc/sysctl.d/99-perf.conf'
sudo sh -c 'echo kernel.kptr_restrict=0 >> /etc/sysctl.d/99-perf.conf'
sudo sh -c 'sysctl --system'
- 啟動執(zhí)行，點擊菜單欄
Run | Run 'xxxxx' with Async Profiler，執(zhí)行完成后可以查看CPU Profiler選項卡
在CPU Profiler工具窗口中，收集的數(shù)據(jù)顯示在三個選項卡上 - 火焰圖，調用樹和方法列表。 火焰圖左側列出了應用程序相關的線程，可以查看每個線程單獨的火焰圖信息
其他工具
- VTune：Intel自家的性能分析工具，可以分析CPU熱點代碼，內存，IO，GPU等等，支持多種語言，可以獲取到Java程序函數(shù)的調用所占時間的信息，不過正版是需要付費的
- jvisualvm：JDK自帶的分析工具，可以在
Sampler界面進行CPU或Memory采樣，獲取函數(shù)的運行時間，或者不同數(shù)據(jù)類型的對象在內存中的占比
他們能夠統(tǒng)計函數(shù)耗時，但是沒有火焰圖直觀
參考文獻：
Java in Flames
CPU Profiler
