JVM虚拟机调优指导（二）——内存溢出及死锁问题的定位与分析

1 实战：内存溢出的定位与分析

1.1 内存溢出与内存泄露

• 内存溢出，是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用，出现out of memory；
• 内存泄露，是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内存泄露危害可以忽略，但内存泄露堆积后果很严重，无论多少内存,迟早会被占光。

1.2 模拟内存溢出

编写代码，向List集合中添加100万个字符串，每个字符串由1000个UUID组成。如果程序能够正常执行，最后打印ok。

public class TestJvmOutOfMemory {

    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            String str = "";
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                str += UUID.randomUUID().toString();
            }
            list.add(str);
        }
        System.out.println("ok");
    }
}

设置参数：
#参数如下：
-Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
#指定路径
-Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=F:\t\dump.hprof
#手动dump内存
#用法：
jmap -dump:format=b,file=dumpFileName
#示例
jmap -dump:format=b,file=/tmp/dump.dat 6219

1.3 运行测试

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid14768.hprof …
Heap dump file created [8127578 bytes in 0.026 secs]
Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

可以看到，当发生内存溢出时，会dump内存到java_pid14768.hprof文件中，该文件在项目的根目录下。

1.4 导入到MAT工具中进行分析

1.4.1 MAT工具介绍

MAT(Memory Analyzer Tool)，一个基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的JAVA heap分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗。
官网地址：https://www.eclipse.org/mat/

1.4.2 下载安装

下载地址：https://www.eclipse.org/mat/downloads.php

1.4.3 导入分析

查看对象以及它的依赖：

查看可能存在内存泄露的分析：


可以看到，有91.02%的内存由Object[]数组占有，所以比较可疑。
查看详情：

可以看到集合中存储了大量的uuid字符串。

2 实战：死锁问题

有些时候我们需要查看下jvm中的线程执行情况，比如，发现服务器的CPU的负载突然增高了、出现了死锁、死循环等，我们该如何分析呢？
由于程序是正常运行的，没有任何的输出，从日志方面也看不出什么问题，所以就需要看下jvm的内部线程的执行情况，然后再进行分析查找出原因。
这个时候，就需要借助于jstack命令了，jstack的作用是将正在运行的jvm的线程 情况进行快照，并且打印出来：
#用法：jstack

2.1 构造死锁

编写代码，启动2个线程，Thread1拿到了obj1锁，准备去拿obj2锁时，obj2已经被Thread2锁定，所以发生了死锁。

public class TestDeadLock {

    private static Object obj1 = new Object();

    private static Object obj2 = new Object();


    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Thread1()).start();
        new Thread(new Thread2()).start();
    }

    private static class Thread1 implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (obj1){
                System.out.println("Thread1 拿到了 obj1 的锁！");

                try {
                    // 停顿2秒的意义在于，让Thread2线程拿到obj2的锁
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                synchronized (obj2){
                    System.out.println("Thread1 拿到了 obj2 的锁！");
                }
            }
        }
    }

    private static class Thread2 implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (obj2){
                System.out.println("Thread2 拿到了 obj2 的锁！");

                try {
                    // 停顿2秒的意义在于，让Thread1线程拿到obj1的锁
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                synchronized (obj1){
                    System.out.println("Thread2 拿到了 obj1 的锁！");
                }
            }
        }
    }
}

补充知识点：产生死锁的条件

• 互斥条件：同一时间一个资源只能被一个任务使用
• 请求与保持条件：T1持有S1的同时,请求S2资源,但是不能立即获得并持续等待(T表示任务,S表示资源)
• 不可剥夺条件：T1持有的资源无法被T2剥夺
• 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相连的循环等待条件(T1拥有S1请求S2,同时T2拥有S2请求S1)

2.2 运行并查询进程编号

可以看到，程序已经卡在这里了，不在继续往下执行。
查看进程ID，jps -l

2.3 查看线程状态

jstack 12652 #查看进程中的线程状态

在输出的信息中，已经看到，发现了1个死锁，关键看这个：

Found one Java-level deadlock:
=============================
“Thread-1”:
waiting to lock monitor 0x00000000176636f8 (object 0x00000000d749d958, a java.lang.Object),
which is held by “Thread-0”
“Thread-0”:
waiting to lock monitor 0x0000000017662258 (object 0x00000000d749d968, a java.lang.Object),
which is held by “Thread-1”
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
“Thread-1”:
at cn.itcast.jvm.TestDeadLock$Thread2.run(TestDeadLock.java:49)-waitingtolock<0x00000000d749d958>(ajava.lang.Object)-locked<0x00000000d749d968>(ajava.lang.Object)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:748)"Thread-0":atcn.itcast.jvm.TestDeadLock$Thread1.run(TestDeadLock.java:29)
- waiting to lock <0x00000000d749d968> (a java.lang.Object)
- locked <0x00000000d749d958> (a java.lang.Object)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Found 1 deadlock.

可以清晰的看到：

• Thread2获取了 <0x00000000d749d968> 的锁，等待获取<0x00000000d749d958> 这个锁
• Thread1获取了 <0x00000000d749d958> 的锁，等待获取 <0x00000000d749d968> 这个锁
• 由此可见，发生了死锁。

3 VisualVM

3.1 基本使用

3.1.1 启动

在jdk的安装目录的bin目录下，找到jvisualvm.exe，双击打开即可。

3.1.2 查看本地进程

3.1.3 查看CPU、内存、类、线程运行信息

3.1.4 查看线程详情

3.1.5 抽样器

抽样器可以对CPU、内存在一段时间内进行抽样，以供分析。

3.2 监控远程的JVM

VisualJVM不仅是可以监控本地jvm进程，还可以监控远程的jvm进程，需要借助于JMX技术实现。

3.2.1 什么是JMX？

JMX（Java Management Extensions，即Java管理扩展）是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架。JMX可以跨越一系列异构操作系统平台、系统体系结构和网络传输协议，灵活的开发无缝集成的系统、网络和服务管理应用。

3.2.2 监控远程的tomcat

想要监控远程的tomcat，就需要在远程的tomcat进行对JMX配置，方法如下：

#在tomcat的bin目录下，修改catalina.sh，添加如下的参数
JAVA_OPTS="-Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false""
#这几个参数的意思是：
#-Dcom.sun.management.jmxremote ：允许使用JMX远程管理
#-Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999 ：JMX远程连接端口
#-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false ：不进行身份认证，任何用户都可以连接
#-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false ：不使用ssl

3.2.3 使用VisualJVM连接远程tomcat

3.3 检测死锁

3.4 检测堆内存

检测堆内存的具体使用情况，需要安装插件Visual GC进行检测：

3.4.1 编写代码

    public static void main(String[] args) {
        List<User> userList = new ArrayList<>();
        while (true){
            User user = new User();
            user.setId(1L);
            user.setUsername("user");
            user.setPassword("pass");
            if(System.currentTimeMillis() % 2 ==0 ){
                userList.add(user);
                System.out.println("add to list, size = " + userList.size());
            }
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3.4.2 运行测试

运行参数：-Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

可以看到，年轻代、老年代中的内存使用情况。