Java线上问题排查思路

1、Java 服务常见问题

Java 服务的线上问题从系统表象来看大致可分成两大类: 系统环境异常、业务服务异常。

• 系统环境异常：主要从CPU、内存、磁盘、网络四个方面考虑。比如：CPU 占用率过高、CPU 上下文切换频率次数较高、系统可用内存长期处于较低值、磁盘满了、磁盘 I/O 过于频繁、网络流量异常等等。
• 业务服务异常：主要是业务服务自身运行出现异常。比如：服务发生内存泄漏导致频繁进行 Full GC、 PV 量过高导致服务崩溃、服务调用耗时异常、线程死锁、多线程并发问题等等。

2、如何定位问题

2.1 Linux 系统的性能分析

（1）CPU 性能分析：使用 top 命令，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况。

相关参数说明：

PID : 进程id
USER : 进程所有者
PR : 进程优先级
NI : nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级
VIRT : 进程使用的虚拟内存总量，单位 kb。VIRT=SWAP+RES
RES : 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位 kb。RES=CODE+DATA
SHR : 共享内存大小，单位 kb
S : 进程状态。D=不可中断的睡眠状态；R=运行；S=睡眠；T=跟踪 / 停止；Z=僵尸进程
%CPU : 上次更新到现在的 CPU 时间占用百分比
%MEM : 进程使用的物理内存百分比
TIME+ : 进程使用的 CPU 时间总计，单位 1/100 秒
COMMAND : 进程名称

（2）内存使用情况分析：使用 free命令，来显示的当前内存的使用情况。

相关参数说明：

total：内存总数
used：已经使用的内存数
free：空闲的内存数
shared：当前已经废弃不用, 总是 0
buff/cache：缓存内存数
available：可用的内存数

（3）磁盘使用情况分析：使用 df 或者 du 命令，查看磁盘使用情况。

相关参数说明：

Filesystem：文件系统位于哪个分区
1K-blocks：文件系统的总大小，默认以 KB 为单位
Used：用掉的硬盘空间大小
Available：剩余的硬盘空间大小
Use%：硬盘空间使用率
Mounted on：文件系统的挂载点，也就是硬盘挂载的目录位置

（4）网络连接状态分析：使用 netstat 命令，查看系统中网络连接状态信息。
常用参数：
-a：显示本机所有连接和监听的端口
-n：不解析域名
-t：显示tcp协议连接
-u：显示udp协议连接
-p：显示连接对应的PID与程序名

相关参数说明：

Proto：连接协议的种类
Recv-Q：接收到字节数
Send-Q：从本服务器，发出去的字节数
Local Address：本地的IP地址，可以是IP，也可以是主机名
Foreign Address：远程主机的IP 地址
State：网络连接状态
PID/Program name：进程id以及进程名称

网络连接状态各值的含义：

CLOSED（关闭）：指网络连接尚未建立，也没有终止。
LISTEN（监听）：指服务器在等待客户端发起连接请求。
ESTABLISHED：表示连接已经建立，数据可以通过该连接传输。
CLOSE_WAIT：表示连接已关闭，但是连接方还没有释放资源，需要等待连接方释放资源后才会进入CLOSED状态。
TIME_WAIT：表示连接在建立之后，发送端发送数据包后等待接收端响应的时间。如果接收端没有响应，发送端会进入TIME_WAIT状态，等待一段时间后才会进入CLOSED状态。
DESTROY：表示连接已经被销毁，无法进行任何数据传输。

（5）vmstat：是 Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写 , 是实时系统监控工具。

参数详解：
vmstat 后面第一个参数是采样的时间间隔数单位是秒，第二个参数是采样的次数。

-- procs
r：表示处于运行队列中（正在运行或等待运行）的进程数。
b：表示处于不可中断睡眠状态的进程数。
-- memory
swpd：表示被换出到交换空间的内存大小（单位：KB）。
free：表示空闲内存大小（单位：KB）。
buff：表示用作缓冲区的内存大小（单位：KB）。
cache：表示用作缓存的内存大小（单位：KB）。
-- swap
si：表示每秒从磁盘读入交换区的数据量（单位：KB）。
so：表示每秒写入到磁盘的交换区数据量（单位：KB）。
-- I/O
bi：表示每秒从块设备读入的数据量（单位：块，一般为 512 字节）。
bo：表示每秒向块设备写入的数据量（单位：块，一般为 512 字节）。
-- system
in：表示每秒产生的中断数。
cs：表示每秒上下文切换的次数。
-- CPU
us：表示用户空间占用 CPU 时间的百分比。
sy：表示内核空间占用 CPU 时间的百分比。
id：表示空闲 CPU 时间的百分比。
wa：表示等待 I/O 的 CPU 时间百分比。
st：表示被虚拟机偷走的 CPU 时间的百分比。

2.2 JVM 性能分析

（1）jps：查询当前机器所有 JAVA 进程信息；

jps [ options ] [ hostid ]
options是命令行参数，hostid指特定主机，可以是ip地址、域名, 也可以指定具体协议和端口
options参数说明：
-q：只输出PID。
-m：输出传递给 main 方法的参数。对于嵌入式 JVM，输出可能为空。
-l：输出应用程序主类的完整包名或应用程序 JAR 文件的完整路径名。
-v：输出传递给 JVM 的参数。

（2）jmap：输出某个 java 进程内存情况；

jmap [options] pid
options参数说明：
-heap：查看Java堆的详细信息，包括堆的总大小、已用大小、空闲大小、对象数量等。
-histo：查看Java堆中各个类的实例数量、内存占用大小等信息，可用于查找内存泄漏等问题。
-permstat：查看永久代内存的使用情况。
-F：无法连接Java进程时强制执行，但可能会导致进程暂停。

（3）jstack：打印某个 Java 线程的线程栈信息；

jstack [ options ] pid
options参数说明：
-F：没有响应时，强制打印一个堆栈转储
-l：打印关于锁的其他信息，比如拥有的java.util.concurrent ownable同步器的列表
-m：打印包含Java和本机C/ C++帧的混合模式堆栈跟踪
-h：打印帮助信息

（4）jstat：查看堆内存各部分的使用量，以及加载类的数量；

jstat [option vmid [interval[s|ms] [count]] ]
参数说明：
option：需要监控的数据类型。如：-gc表示监控垃圾收集相关的统计信息；-gccapacity：监控各个区域的大小。
vmid：Java虚拟机的标识符，通常是进程ID。
interval：采样间隔，单位可以是秒（s）或毫秒（ms）。
count：采样次数。

（5）jinfo：用于查看 jvm 的配置参数；

jinfo [option] pid
参数说明：
-flags：显示全部的配置参数
-flag name：输出对应名称的参数
-flag [+|-]name：开启或者关闭对应名称的参数
-sysprops：输出系统属性

3、日志分析

3.1、GC 日志分析

GC 日志是用于定位问题重要的日志信息，在 java 应用的启动参数中增加-XX:+PrintGCDetails可以输出 GC 的详细日志，根据GC日志可以看出jvm垃圾回收的相关信息。无论是 minor GC 或者是 Full GC，我们主要关注 GC 回收的耗时以及频率。

3.2、业务日志分析

可以根据系统出错的大概时间，找到服务器上该时间段的日志，再根据日志去分析具体出错的位置。业务日志除了关注系统异常与业务异常之外，还要关注服务执行耗时情况，耗时过长的服务调用如果没有熔断等机制，很容易导致应用性能下降或服务不可用。