java程序員應(yīng)該知道的應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)是什么

這篇文章給大家介紹java程序員應(yīng)該知道的應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)是什么，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

1 引言：為什么需要監(jiān)測(cè)java應(yīng)用

java開發(fā)人員都知道，啟動(dòng)java應(yīng)用使用的是java(class文件)或java -jar(jar或war包)命令。而java命令其實(shí)就是啟動(dòng)一個(gè)java虛擬機(jī)（JVM），程序就是運(yùn)行在JVM上，JVM負(fù)責(zé)類加載，運(yùn)行時(shí)區(qū)域堆棧分配等工作，而堆棧分別用于程序中的對(duì)象及線程使用，分別影響的系統(tǒng)的cpu及內(nèi)存，如果程序涉及文件或數(shù)據(jù)讀寫，還會(huì)影響系統(tǒng)的IO。因此，一個(gè)java應(yīng)用啟動(dòng)后，如果不對(duì)它所占用的資源情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無疑于一架飛機(jī)起飛了，卻沒有儀表盤，這種飛機(jī)估計(jì)沒有人敢坐。因此，作為開發(fā)人員，得清楚應(yīng)用啟動(dòng)后的運(yùn)行情況，并能夠?qū)?yīng)用運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如此，才能及時(shí)預(yù)測(cè)有可能發(fā)生的問題進(jìn)行及時(shí)修正或發(fā)生問題后可以更快，更好地找到原因所在，進(jìn)而解決?？上驳氖?，程序本身，java工具和第三方工具，都為我們提供了很多監(jiān)測(cè)java應(yīng)用的方法，因此，作為java開發(fā)人員，有必要對(duì)它們做一個(gè)系統(tǒng)的了解，以便于在實(shí)際應(yīng)用中（特別是在生產(chǎn)環(huán)境中）更從容，更有效率的處理問題。

2 監(jiān)測(cè)什么

一個(gè)java應(yīng)用運(yùn)行起來，若出現(xiàn)問題，我們第一反應(yīng)肯定是查看日志，查看一下具體是報(bào)什么錯(cuò)，若沒有報(bào)錯(cuò)，只是運(yùn)行很慢，或者只是暫時(shí)還沒有報(bào)錯(cuò)，那我們需要監(jiān)測(cè)什么內(nèi)容呢？這一節(jié)，對(duì)比我們平時(shí)使用操作系統(tǒng)，來看看對(duì)于java應(yīng)用，需要監(jiān)測(cè)什么內(nèi)容。

2.1 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

對(duì)于我們平時(shí)使用的操作系統(tǒng)，如windows，linux系統(tǒng)，出現(xiàn)應(yīng)用打開緩慢，系統(tǒng)響應(yīng)緩慢，一般就是先查看系統(tǒng)的cpu運(yùn)行和內(nèi)存使用情況，找出占用資源高的進(jìn)程，定位原因，在windows，直接在任務(wù)管理器-->性能中查看，如下圖。

在linux，可以使用top,free,df,iostat等命令進(jìn)行查看，如下圖。

在日常的運(yùn)維過程中，也是對(duì)系統(tǒng)的磁盤使用、IO、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，爭(zhēng)取及時(shí)發(fā)現(xiàn)占用資源高的進(jìn)程，定位問題然后處理。

2.2 java應(yīng)用監(jiān)測(cè)內(nèi)容

相對(duì)于操作系統(tǒng)，java應(yīng)用需要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容也有類似的地方，如占用的cpu情況，內(nèi)存情況，其中，會(huì)包含java應(yīng)用的JVM參數(shù)，堆占用情況，線程運(yùn)行狀態(tài)，類加載情況，垃圾回收(GC)情況。至于為什么需要監(jiān)測(cè)這些內(nèi)容，就需要對(duì)java的虛擬機(jī)(JVM)有一定的了解，由于本文JVM涉及內(nèi)容較多，后面有機(jī)會(huì)再對(duì)JVM進(jìn)行詳細(xì)講解，這里可以對(duì)java的JVM體系作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹，以便于讀者對(duì)后面章節(jié)的理解。見下圖：

• 當(dāng)java運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用，就會(huì)生成一個(gè)JVM的實(shí)例，而java應(yīng)用則運(yùn)行于此JVM實(shí)例中，當(dāng)應(yīng)用退出，JVM實(shí)例也會(huì)關(guān)閉。啟動(dòng)多個(gè)java應(yīng)用，也會(huì)啟動(dòng)多個(gè)JVM實(shí)例，它們不會(huì)相互影響(當(dāng)然，它們都會(huì)占用系統(tǒng)的資源)。

• 虛擬機(jī)主要有三大模塊，一個(gè)類加載子系統(tǒng)（Class Loader Subsystem,負(fù)責(zé)加載類），一個(gè)執(zhí)行引擎（Execution Engine,負(fù)責(zé)執(zhí)行類的方法指令和垃圾回收），一個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Areas,負(fù)責(zé)存放程序運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)）。

• 其中運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)分為方法區(qū)（存儲(chǔ)如類信息，方法信息，引用，常量池等），堆（存儲(chǔ)類實(shí)例對(duì)象和數(shù)組），java棧（以棧方式存放以幀為單位保存線程的運(yùn)行狀態(tài)幀），本地方法棧（跟本地方法相關(guān)的數(shù)據(jù)區(qū)），程序計(jì)數(shù)器（每一個(gè)線程都有它自己的程序計(jì)數(shù)器，表示下一條將被執(zhí)行指令的“地址”）。

• java應(yīng)用啟動(dòng)流程就是通過類加載子系統(tǒng)加載相關(guān)的類，然后把相關(guān)數(shù)據(jù)如類信息，方法等存到方法區(qū)的棧中，實(shí)例化相關(guān)的類，同時(shí)把實(shí)例對(duì)象存儲(chǔ)在堆中，程序運(yùn)行位置則是每個(gè)線程使用計(jì)數(shù)器來指定。方法區(qū)和堆是線程共享的，程序計(jì)數(shù)器及Java棧是線程私有的。

• 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)是java應(yīng)用運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測(cè)區(qū)域，其中各個(gè)區(qū)域的內(nèi)存情況，特別是堆的內(nèi)存使用情況，是重點(diǎn)區(qū)域。堆還會(huì)分年輕代、年老代及 Metaspace，垃圾回收器會(huì)進(jìn)行分代回收。通過它的回收情況監(jiān)測(cè)，可以檢測(cè)到是否存在內(nèi)存泄漏，而java棧則與線程有關(guān)，線程的運(yùn)行狀態(tài)又與CPU相關(guān)，因此java棧的監(jiān)測(cè)可以知道CPU占用過大的問題，同時(shí)方法區(qū)和java棧的占用內(nèi)存大小也是一個(gè)監(jiān)測(cè)的指標(biāo)。

3 如何監(jiān)測(cè)

經(jīng)過上面的描述，我們大概已經(jīng)知道一個(gè)java應(yīng)用啟動(dòng)后，我們?yōu)槭裁葱枰O(jiān)測(cè)java應(yīng)用以及需要監(jiān)測(cè)哪些東西。那落實(shí)到實(shí)際應(yīng)用中，該如何進(jìn)行監(jiān)測(cè)呢？下面通過對(duì)java應(yīng)用監(jiān)測(cè)工具及方法進(jìn)行一個(gè)概要介紹，后續(xù)將會(huì)以系列文章的形式，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)工具及方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

按監(jiān)測(cè)工具的監(jiān)測(cè)方式，主要分為以下四大類：

• 程序內(nèi)置-日志及監(jiān)控頁面

• java自帶命令行監(jiān)測(cè)工具

• java自帶可視化監(jiān)測(cè)工具

• 第三方診斷工具

3.1 程序內(nèi)置監(jiān)測(cè)

程序內(nèi)置監(jiān)測(cè)就比較簡(jiǎn)單，在初學(xué)java時(shí)，最常用的就是使用System.out.println()把自己想要輸出的內(nèi)容輸出，在開發(fā)階段也有人喜歡這樣，一方面可以輸出業(yè)務(wù)內(nèi)容，監(jiān)測(cè)功能的正常與否，另一方面可以輸出系統(tǒng)屬性System.getProperties()及System.getProperty()。當(dāng)然，現(xiàn)在更多的使用日志框架進(jìn)行輸出，并把日志按級(jí)別輸出到文件中，如log4j及logback。對(duì)于Spring Boot應(yīng)用，還可以使用actuator來監(jiān)測(cè)程序運(yùn)行情況。tomcat容器自身也帶有監(jiān)測(cè)頁面。此類監(jiān)測(cè)主要特點(diǎn)是程序內(nèi)置，并且通過日志輸出來監(jiān)測(cè)，開發(fā)人員相對(duì)比較熟悉了，一般來說在開發(fā)和測(cè)試階段比較常用，而生產(chǎn)環(huán)境下，日志一般是error級(jí)別或者由于安全考慮，自帶的一些監(jiān)測(cè)頁面有可能會(huì)關(guān)閉。因此，此類監(jiān)測(cè)不再細(xì)說。

3.2 java自帶命令行監(jiān)測(cè)工具

在jdk的安裝目錄下的的bin目錄，已經(jīng)提供了多種命令行監(jiān)測(cè)工具，以便于開發(fā)人員和運(yùn)維人員監(jiān)測(cè)java應(yīng)用，同時(shí)方便開發(fā)及運(yùn)維人員對(duì)問題進(jìn)行診斷，因此，此類工具是java應(yīng)用監(jiān)測(cè)的重要手段。一般來說，常用的命令行工具包括jps,jinfo,jmap,jstack,jstat，其中

• jps查看java進(jìn)程ID

• jinfo查看及調(diào)整虛擬機(jī)參數(shù)

• jmap查看堆(heap)使用情況及生成堆快照

• jstack查看線程運(yùn)行狀態(tài)及生成線程快照

• jstat顯示進(jìn)程中的類裝載、內(nèi)存、垃圾收集等運(yùn)行數(shù)據(jù)。

通過這些工具，基本上可以了解java應(yīng)用的內(nèi)存變化狀態(tài)，線程運(yùn)行狀態(tài)等信息，進(jìn)而為應(yīng)用監(jiān)測(cè)及問題診斷提供依據(jù)。后面的文章將會(huì)對(duì)這些工具進(jìn)行詳細(xì)描述。

3.3 java自帶可視化監(jiān)測(cè)工具

除了命令行工具，在windows平臺(tái)下，jdk還提供了可視化監(jiān)測(cè)工具，以更直觀，更方便的方式對(duì)java應(yīng)用運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這兩款工具分別是jconsole和jvisualvm，在jdk下的bin目錄下可以找到。它們均可監(jiān)測(cè)本地及遠(yuǎn)程的java應(yīng)用，包括堆使用情況，線程使用，cpu使用，類加載情況，gc情況，jvisualvm還可以生成相應(yīng)的堆和線程快照，同時(shí)還可以使用相應(yīng)的插件，以便于進(jìn)一步分析。后面的文章將會(huì)對(duì)這兩款工具的使用進(jìn)行詳細(xì)描述。

3.4 第三方診斷工具

除了java自帶的工具，一些第三方的工具也是監(jiān)測(cè)及分析診斷，性能調(diào)優(yōu)的利器，包括MAT，BTrace及Arthas。其中

• MAT是eclipse的內(nèi)存分析插件，通過MAT可以對(duì)dump出來的堆快照進(jìn)行分析，并且輔助分析內(nèi)存泄露原因，快速的計(jì)算出在內(nèi)存中對(duì)象的占用大小，垃圾收集器的回收工作情況，并可以通過報(bào)表直觀的查看到可能造成這種結(jié)果的對(duì)象。

• BTrace是是sun推出的一款Java 動(dòng)態(tài)、安全追蹤（監(jiān)控）工具，可以在不停機(jī)的情況下監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，并且做到最少的侵入，占用最少的系統(tǒng)資源。特別適用在生產(chǎn)環(huán)境下對(duì)java應(yīng)用進(jìn)行監(jiān)測(cè)，問題排查。

• Arthas是阿里開源的在線Java診斷工具，同樣可以在不停機(jī)情況監(jiān)控系統(tǒng)，包括內(nèi)存情況，線程情況，GC情況，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，也可以監(jiān)測(cè)方法參數(shù)、返回值，異常返回等數(shù)據(jù)，堪稱神器，在生產(chǎn)環(huán)境下使用非常方便。

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