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JVM工作原理与实战

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前言

一、解决内存溢出的步骤

二、发现问题

1.Top命令

2.VisualVM

3.Arthas

4.Prometheus + Grafana

总结

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前言

JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了解决内存溢出的步骤、Top命令、VisualVM、Arthas、Prometheus + Grafana等内容。

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一、解决内存溢出的步骤

解决内存溢出问题是一个复杂的过程，需要采取一系列专业和系统的方法。以下是解决内存溢出的四个核心步骤：

1. 精确识别问题：首先，通过专业的监控工具，密切关注系统内存使用情况，以便尽早发现内存使用量逐渐增大的现象。这种监控应当是持续的，并且应当能够提供关于内存使用情况的实时数据和趋势分析。此外，利用诸如Arthas、VisualVM等工具可以帮助开发人员深入了解堆的使用情况，识别出潜在的内存泄漏点。
2. 深入诊断原因：一旦发现内存溢出的问题，下一步是通过专业的分析工具对问题进行深入诊断。这些工具可以帮助开发人员定位到内存泄漏的具体位置，通常可以定位到引发问题的源代码。这一步的关键在于理解内存泄漏发生的机制，包括哪些对象占用了大量内存，以及这些对象是如何被创建和管理的。通过分析堆转储（Heap Dump）和追踪对象的创建与销毁路径可以帮助开发人员找出可能的泄漏点。
3. 修复问题：在确定了问题的原因后，接下来就是修复源代码中的问题。这可能涉及到优化代码，改进数据结构，或者调整对象的生命周期管理等。修复工作需要开发人员的深入理解和专业技能，以确保不仅解决当前的内存溢出问题，同时也改善系统的整体性能和稳定性。
4. 验证与发布：最后，在修复了内存溢出问题后，需要在专业的测试环境中验证解决方案的有效性。这包括压力测试、负载测试和回归测试等，以确保修复没有引入新的问题，并且系统能够在各种条件下稳定运行。只有经过充分的测试验证，确保问题得到有效解决后，才可以将修复后的代码发布上线。

二、发现问题

1.Top命令

Top命令是Linux系统下的一个强大的性能监控工具，它提供了实时的系统资源视图，让用户能够观察到系统的运行状态和各个进程的资源占用情况。通过Top命令，用户可以获取到关于系统整体性能、CPU使用情况、内存占用、运行中的进程和线程等关键信息。

在Top命令的输出中，用户可以看到各个进程的内存使用情况，其中包括RES（常驻内存）和SHR（共享内存）。这为用户提供了深入了解进程内存使用的视角。

load average	1分钟、5分钟、15分钟的负载
RES	常驻内存
SHR	共享内存

优点：

• 操作简单：Top命令提供了直观的界面和简洁的命令行选项，使得用户能够快速获取系统信息。
• 无额外软件安装：Top命令是Linux系统自带的工具，无需安装额外的软件。

缺点：

• 信息基础：虽然Top命令提供了丰富的信息，但它主要关注的是进程的总体信息，对于深入分析特定部分的内存占用（如堆、方法区、堆外）可能不够详细。

2.VisualVM

VisualVM是一款强大的Java故障排除工具，它集成了命令行JDK工具和轻量级分析功能，为用户提供了可视化的操作界面。这款工具在Oracle JDK 6~8中作为标准组件发布，但在Oracle JDK 9及更高版本中需要单独下载。

VisualVM功能丰富，能够实时监控CPU、内存、线程等详细信息，并且支持与IntelliJ IDEA等开发工具集成的插件，使得开发人员在开发过程中也能够方便地使用。

优点：

• 功能全面：VisualVM提供了全面的监控和故障排除功能，可以满足各种不同的需求。
• IDE集成：支持与主流IDE的集成，使得开发人员能够轻松地在开发过程中进行问题排查。

缺点：

• 集群管理：对于大量集群化部署的Java进程，需要手动进行管理，增加了使用难度。

3.Arthas

Arthas是一款线上监控诊断工具，它通过全局视角实时展示应用的各种状态信息，如load、内存、gc和线程等。在不需要修改应用代码的情况下，Arthas能够对业务问题进行诊断，包括查看方法调用的出入参、异常以及方法执行耗时等信息，这大大提高了线上问题排查的效率。

dashboard  -i 2000 -n 1

优点：

• 功能强大：Arthas不仅提供基础的监控信息，还能够深入到单个方法的执行细节。
• 集群支持：支持应用的集群管理，方便对大规模部署进行监控和诊断。

缺点：

• 使用门槛：部分高级功能的使用门槛较高，需要用户具备一定的技术背景。

4.Prometheus + Grafana

Prometheus+Grafana是企业中常用的监控解决方案。其中，Prometheus负责采集系统或应用的相关数据并具备告警功能；Grafana则可以将Prometheus采集的数据以可视化方式展示出来。对于Java程序员来说，学会如何解读Grafana上展示的Java虚拟机相关参数非常重要。

优点：

• 监控范围广：支持系统级别和应用级别的监控，如Linux操作系统、Redis、MySQL、Java进程等。
• 告警功能：支持告警功能并允许自定义告警指标，通过邮件、短信等方式尽早通知相关人员处理。

缺点：

• 环境搭建复杂：Prometheus和Grafana的环境搭建相对复杂，一般由专业的运维人员来完成。

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总结

JVM是Java程序的运行环境，负责字节码解释、内存管理、安全保障、多线程支持、性能监控和跨平台运行。本文主要介绍了解决内存溢出的步骤、Top命令、VisualVM、Arthas、Prometheus + Grafana等内容，希望对大家有所帮助。