性能监控之可视化故障处理工具 Visualvm

1.Visualvm兼容范围与插件安装

　　Visualvm基于NetBeans平台开发工具，具备通过插件扩展功能的能力。有了插件扩展功能，Visualvm可以做到：

显示虚拟机进程以及进程的的配置，环境信息(jps,jinfo)
监视应用存储的处理器，垃圾收集，堆，方法区以及线程的信息（jstat，jstack）
dump及分析堆转储快照（jmap，jhat）
方法级的程序运行性能分析，找出被调用最多，运行时间最长的方法
离线程序快照：收集程序的运行时配置，线程dump，内存dump等信息建立一个快照，可以将快照发送给开发者进行Bug反馈

2.生成，浏览堆转储快照

　　生成堆转储快照有两种方式：

在“应用程序”窗口中右键应用程序节点，选择“堆Dump"
在“应用程序”窗口中双击应用程序节点，打开应用程序标签，然后在”监视“标签中单击”堆Dump“

　　[heapdump]文件是临时文件，需要手动保存。手动保存的dump文件可以通过文件 -> 装入功能打开

3.程序性能分析

　　在Profiler页签中，Visualvm提供了程序运行期间方法级的处理器执行时间分析和内存分析。做Profiling分析对程序运行性能有较大影响，所以一般不会在生产环境使用该功能。

4.BTrace动态日志追踪

　　Btrace的作用是在不中断目标程序运行的前提下，通过HotSpot的Instrument功能动态添加原本不存在的调试代码。

package com.ryj.hotspot;

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

import com.ryj.java8.lambda.apple.Apple;

public class JavaHeapTest {

    static List<Apple> appleList = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        verificationOOM();
    }

    private static void verificationOOM() {
        Integer i = 0;
        while (true) {
            addApple(++i);
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    private static Apple addApple(Integer a) {
        System.out.println(a);
        Apple apple = new Apple("red", 12.5f); 
        appleList.add(apple);
        return  apple;
    }
}

View Code

/* BTrace Script Template */
import com.sun.btrace.annotations.*;
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace(unsafe = true)
public class TracingScript {
	/* put your code here */
    @TLS private static long startTime = 0;

    @OnMethod(clazz="com.ryj.hotspot.JavaHeapTest",method="addApple")
    public static void startExecute(){
       startTime = timeNanos();
       //println(strcat("开始时间: ",str(startTime)));
    }
   
   @OnMethod(clazz="com.ryj.hotspot.JavaHeapTest",method="addApple",location=@Location(Kind.RETURN))
    public static void endExecute(@Self com.ryj.hotspot.JavaHeapTest instance, Integer a, @Return com.ryj.java8.lambda.apple.Apple apple){
       long endTime = timeNanos();
       //println(strcat("结束时间: ",str(endTime)));
       println(strcat("方法参数A: ",str(a)));
       println(strcat("execute time(nanos): ", str(endTime-endTime)));
       //println(strcat("result: ", str(apple.toString())));  
       println(strcat("result: ", JSON.toJSONString(apple)));
   }
}

View Code

　　Btrace之所以安全可靠的，是因为它对正在运行的程序是只读的。也就是说，他可以插入跟踪语句来检测和分析运行中的程序，不允许对其进行修改。因此他存在一些限制：

不能创建对象
不能创建数组
不能抛出和捕获异常
不能调用任何对象方法和静态方法
不能给目标程序中的类静态属性和对象的属性进行赋值
不能有外部、内部和嵌套类
不能有同步块和同步方法
不能有循环(for, while, do..while)
不能继承任何的类
不能实现接口
不能包含assert断言语句

　　这些限制其实是可以使用unsafe模式绕过，通过声明 *@BTrace(unsafe = true) annotation。实际使用非安全模式跟踪时，发现一个问题，一个进程如果被安全模式btrace探测过一次，后面再使用非安全模式进行探测时非安全模式不生效。

@BTrace 声明了这个类是BTrace脚本。unsafe参数表示是否不安全的模式执行.
@OnMethod 声明了关注点，必须声明在公有的静态方法上public static void。静态方法为在关注点上执行的跟踪动作
@TLS声明的变量是 ThreadLocal的，每个线程都会有一份这个自己的startTime 变量
location: 用@Location来表明在什么时候时候去执行脚本
@Self 声明探测的当前对象this
@Return 方法返回对象

　　基本实现逻辑：虚拟机其实提供了一个hook，那就是Instrumentation，可以将独立于应用程序的代理程序agent程序随着着应用程序一起启动或者attach挂载到正在运行中的应用程序。而在代理程序中可以对class进行修改或者重新定义。