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• 由于作者精力有限，有关代码的演示和工具的使用和操作，请食用官方的B站JVM教程视频

案例1：CPU占用率高问题

问题描述

• 监控人员通过prometheus的告警发现CPU占用率一直处于很高的情况，通过top命令看到是由于Java程序引起的，希望能快速定位导致性能问题的代码。

解决思路

1. 通过top –c 命令找到CPU占用率高的进程，获取进程ID
   
2. 使用top -p 进程ID单独监控某个进程，按$H$查看到所有的线程以及线程对应的CPU使用率，找到CPU使用率特别高的线程，并记录线程ID。
   
3. 使用 jstack 进程ID 命令可以查看到所有线程正在执行的栈信息。使用 jstack 进程ID > 文件名 保存到文件中方便查看。
   
4. 找到$nid线程ID$相同的栈信息，需要将之前记录下的十进制线程号转换成16进制。通过 $print{f}^{\prime }$ 线程ID 命令直接获得16进制下的线程ID
   
5. 找到栈信息对应的源代码，并分析问题产生原因

补充内容

• 在定位CPU占用率高的问题时，需要关注的是状态为$RUNNABLE$的线程。但实际上，有一些线程执行本地方法时并不会消耗CPU，而只是在等待。但 JVM 仍然会将它们标识成“RUNNABLE”状态。
  

案例2：接口响应时间长问题

问题描述

• 程序运行过程中，发现有几个接口的响应时间特别长，需要快速定位执行过程中出现性能问题的代码。

解决思路

• 确定出现性能问题的方法，借助于arthas定位到具体的方法（在方法嵌套比较深的情况下）
  

Arthas trace命令

• 使用arthas的trace命令，可以展示出整个方法的调用路径以及每一个方法的执行耗时。
• 语法格式

  trace 类名 方法名
  

⚫ 添加--skipJDKMethod false 参数可以输出JDK核心包中的方法及耗时。
⚫ 添加 #cost > 毫秒值 参数，只会显示耗时超过该毫秒值的调用。
⚫ 添加 –n 数值 参数，最多显示该数值条数的数据。
⚫ 所有监控都结束之后，输入$stop$结束监控，重置arthas增强的对象

Arthas watch命令

• 使用trace定位到性能较低的方法后，使用watch命令监控该方法，可以获得更为详细的方法信息。
• 语法格式

  watch 类名 方法名 ‘{params, returnObj}’ ‘#cost>毫秒值' -x 2
  

• {params, returnObj} 代表打印参数和返回值。
• -x 代表打印的结果中如果有嵌套（比如对象里有属性），最多只展开2层。允许设置的最大值为4。
  

解决问题

1. 通过arthas的trace命令，首先找到性能较差的具体方法，如果访问量比较大，建议设置最小的耗时，精确的找到耗时比较高的调用。
2. 通过watch命令，查看此调用的参数和返回值，关注参数，在开发环境或者测试环境模拟现象，通过debug找到具体的问题根源。
3. 使用stop命令将所有增强的对象恢复。

案例3：定位偏底层性能问题

问题描述

• 接口中使用for循环向ArrayList中添加数据，但是最终发现执行时间比较长，需要定位是导致的性能低下的原因

@GetMapping("/profile1")
public void test6() throws InterruptedException {
    ArrayList<Integer> objects = new ArrayList<>();
    for (Integer i = 0; i < 20000000; i++) {
        objects.add(i);
    }
}

解决思路：Arthas火焰图

• 使用Arthas提供性能火焰图的功能，查看方法的执行耗时
• 使用arthas的profile命令，生成性能监控的火焰图

  profiler start #1 开始监控方法执行性能
  profiler stop --format html #2 以HTML的方式生成火焰图
  

• 火焰图中一般找绿色部分Java中栈顶上比较平的部分，很可能就是性能的瓶颈
  
• 偏底层的性能问题，特别是由于JDK中某些方法被大量调用导致的性能低下，可以使用火焰图非常直观的找到原因

问题解决

• 案例中是由于创建ArrayList时没有手动指定容量，导致使用默认的容量而在添加对象过程中发生了多次的扩容，扩容需要将原来数组中的元素复制到新的数组中，消耗了大量的时间。
• 优化后的代码

@GetMapping("/profile2")
   public void test7() throws InterruptedException {
       ArrayList<Integer> objects = new ArrayList<>(20000000);
       for (Integer i = 0; i < 20000000; i++) {
           objects.add(i);
       }
   }

案例4：线程被耗尽问题

问题描述

• 程序在启动运行一段时间之后，就无法接受任何请求。将程序重启之后继续运行，依然会出现相同的情况。

解决思路

• 线程耗尽问题，一般是由于执行时间过长，分析方法分成两步：
  1. 检测是否有死锁产生，无法自动解除的死锁会将线程永远阻塞。
  2. 如果没有死锁，再使用案例1的打印线程栈的方法检测线程正在执行的方法，一般大量出现的方法就是慢方法。

• 死锁：两个或以上的线程因为争夺资源而造成互相等待的现象

问题解决

线程死锁可以通过三种方法定位问题：

1. jstack -l 进程ID > 文件名将线程栈保存到本地，在文件中搜索deadlock即可找到死锁位置
   
2. 开发环境中使用visual vm或者Jconsole工具，检测死锁。使用线程快照生成工具查看死锁的根源。生产环境的服务一般不会允许使用这两种工具连接。
   
3. 使用fastthread自动检测线程问题(Fastthread，是一款在线的AI自动线程问题检测工具，可以提供线程分析报告。通过报告查看是否存在死锁问题。)
   

死锁代码优化

• 问题代码

private Object obj1 = new Object();
private Object obj2 = new Object();
@GetMapping("/deadlock1")
public String test1() throws InterruptedException {
    synchronized (obj1){
        Thread.sleep(5000);
        synchronized (obj2){
            return "返回成功";
        }
    }
@GetMapping("/deadlock2")
public String test2() throws InterruptedException {
    synchronized (obj2){
        Thread.sleep(5000);
        synchronized (obj1){
            return "返回成功";
        }
    }    

• 优化代码

private Object obj1 = new Object();
private Object obj2 = new Object();
private Lock lock1 = new ReentrantLock();
private Lock lock2 = new ReentrantLock();

@GetMapping("/deadlock1")
public String test1() throws InterruptedException {
    boolean b1 = lock1.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);
    if(b1){
        try {
            Thread.sleep(5000);
            boolean b2 = lock2.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);
            if(b2){
                try{
                    return "返回成功";
                }
                finally {
                    lock2.unlock();
                }
            }
        }finally {
            lock1.unlock();
        }
    }
    return "处理失败";
}

@GetMapping("/deadlock2")
public String test2() throws InterruptedException {
    boolean b1 = lock2.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);
    if(b1){
        try {
            Thread.sleep(5000);
            boolean b2 = lock1.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);
            if(b2){
                try{
                    return "返回成功";
                }
                finally {
                    lock1.unlock();
                }
            }
        }finally {
            lock2.unlock();
        }
    }
    return "处理失败";
}