从Java转储分析来改进Java应用程序的性能(上)
1 引言
垃圾回收（Garbage Collection，GC）在Java的内存管理中扮演着至关重要的角色。它负责自动回收不再被使用的内存资源，从而避免内存泄漏。垃圾回收器通过一组专门的线程来执行内存回收任务，这些线程通常被称为GC线程。然而，在某些情况下，JVM可能会配置了过多或过少的GC线程，这可能会影响应用程序的性能。本文将探讨为什么JVM可能会配置不当的GC线程数量，这种情况的后果，以及如何寻找和实施潜在的解决方案。
2 如何查找应用程序的 GC 线程计数
确定应用程序的GC线程计数是优化JVM性能的重要步骤。以下是进行这一分析的步骤：
- 从生产服务器捕获线程转储（thread dump）。
- 使用线程转储分析工具来分析转储数据。
- 通过工具报告GC线程的计数。
2.1 FastThread工具
- 官网：https://fastthread.io/
FastThread是一个先进的Java线程转储分析工具，由Ycrash公司开发，提供商用软件产品以及SaaS云平台服务。
FastThread云平台的主要特点：
- 利用机器学习算法来检测和解决JVM线程问题。
- 能够识别阻塞线程、死锁和CPU峰值问题。
- 提供自动化REST API，简化线程转储分析流程。如果应用程序的CPU使用率突然激增，或者出现了OutOfMemoryError，或者响应变慢，只需将线程转储上传到FastThread云平台，即可快速诊断问题。界面友好，提供清晰的依赖关系图、火焰图、调用树和线程转储的表格视图，使得分析结果一目了然。传统的线程转储分析过程繁琐且手动，通常需要运营工程师从生产服务器捕获线程转储，然后转交给开发人员进行分析。FastThread是业界首个（也是目前唯一的）提供REST API进行线程转储分析的工具，使得分析过程自动化，只需一行代码即可完成。
支持的Java版本：
FastThread支持从Java 1.2到Java 17的多个版本，并且可以替代jstack、kill-3、jcmd、JMX MBeans、APM等传统工具。
此外，FastThread还提供了本地化的Java线程转储分析工具，允许用户在不上传转储数据的情况下进行本地分析。官方提供了14天的免费试用期，以便用户评估工具的性能。
2.2 Ycrash公司的其它软件产品
下面两款工具都是Ycrash公司为了帮助开发者更好地理解和优化Java应用程序的性能而设计的。其中，GCeasy专注于垃圾回收日志的分析，而HeapHero则专注于堆转储的分析。
- GCeasy
见https://gceasy.io/，GCeasy是一款基于机器学习的垃圾回收日志分析工具，它通过引导式分析帮助用户理解和优化JVM的垃圾回收行为。
特点：
- 利用高级机器学习算法自动检测内存泄漏和长时间的GC暂停等问题，并提供解决方案。
- 快速调整Java GC设置，优化应用程序的内存和垃圾回收性能。
- 提供直观的内存可视化工具，帮助用户理解Java内存模型和GC日志。
- HeapHero
见https://heaphero.io/，HeapHero是一款面向Java和Android的堆转储分析器，它能够检测内存浪费并提供优化建议。
特点：
- 分析Android和Java应用程序的内存泄漏，提高应用程序的响应性和稳定性。
- 检测OutOfMemoryError的原因，并提供相应的解决方案。
- 分析内存回归问题，帮助开发者理解新版本应用程序的内存使用情况。
- 分析内存占用情况，识别和解决数据结构选择错误、过度分配、未充分利用的数据结构等问题。
2.3 传统转储分析工具一览
传统转储分析工具各有各的特点，适用于不同的场景和需求。例如，jstack 和 kill -3 更适合快速获取线程转储，而 jcmd 提供了更丰富的诊断功能。JMX MBeans 则提供了一种标准化的监控和管理方式。APM 工具则更侧重于性能监控和分析。
- jstack：
- jstack 是 JDK 自带的一个命令行工具，用于打印出 Java 应用程序中所有线程的堆栈跟踪。
- 它通常用于诊断线程问题，如死锁或线程挂起。
- 使用方法：在命令行中，可以使用 jstack <pid> 来获取指定进程 ID 的线程堆栈信息。
- kill-3：
- kill -3 是一个 Unix/Linux 命令，用于发送 SIGQUIT 信号给进程。
- 当发送给 Java 进程时，Java 虚拟机会生成线程转储，并将该转储输出到标准输出或指定的文件中。
- 这是一个快速获取线程转储的方法，但不会提供像 jstack 那样的详细堆栈信息。
- jcmd：
- jcmd 是 JDK 8 引入的一个命令行工具，用于管理和诊断 Java 应用程序。
- 它提供了多种命令，可以用于获取线程转储、监控垃圾回收、获取堆信息等。
- 使用方法：可以通过 jcmd <pid> <command> 来执行特定的诊断命令。
- JMX MBeans：
- Java Management Extensions (JMX) 是 Java 提供的一种技术，用于管理和监控应用程序。
- MBeans 是 JMX 的管理接口，它们提供了一种标准化的方式来访问和管理 Java 应用程序的运行时信息。
- 通过 JMX MBeans，可以获取到 JVM 的各种运行时数据，包括线程信息、内存使用情况、GC 活动等。
- APM (Application Performance Management)：
- APM 是一种软件，用于监控和分析应用程序的性能。
- 它通常包括实时监控、性能分析、故障诊断等功能。
- APM 工具可以集成到 Java 应用程序中，通过收集和分析运行时数据来帮助开发者优化应用程序的性能。
- 常见的 APM 工具包括 New Relic、Dynatrace、AppDynamics 等。