JVM 常见异常问题排查

JVM 异常问题排查是Java开发中必备的技能，常见问题包括 内存溢出（OOM） 、高CPU使用率、死锁、频繁GC、类加载异常 等。以下是详细的排查流程和工具使用指南：

一、通用排查流程

0. 确认问题现象

   • 明确异常类型（如 OutOfMemoryError、StackOverflowError）、日志中的关键错误信息、是否可复现。
   • 检查系统监控数据（CPU、内存、磁盘、网络）。

1. 收集现场信息

   • 日志文件：应用日志、GC日志（通过 -Xloggc:/path/to/gc.log 开启）。
   • 堆转储（Heap Dump） ：通过 jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid> 或 JVM 参数 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 自动生成。
   • 线程转储（Thread Dump） ：通过 jstack <pid> > thread.txt 或 kill -3 <pid> 生成。

2. 分析工具选择

   • 命令行工具：jstat、jmap、jstack、jinfo。
   • 图形化工具：VisualVM、JConsole、MAT（Memory Analyzer Tool）、Arthas。
   • 在线诊断：Arthas 动态追踪方法调用、监控线程状态。

3. 定位根因

   • 结合堆/线程转储、日志、代码逻辑分析问题。
   • 复现问题（如压测环境模拟）。

4. 验证与修复

   • 调整JVM参数（如堆大小、GC算法）、优化代码逻辑、修复资源泄漏。

二、常见问题排查详解

1. 内存溢出（OutOfMemoryError）

• 现象：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space（堆内存溢出）或 Metaspace（元空间溢出）。

• 排查步骤：

  0. 使用 jmap -heap <pid> 查看堆内存分配情况。

  1. 分析堆转储（如MAT工具）：

     • 查找 支配树（Dominator Tree） 中的大对象。
     • 检查 重复对象（如未关闭的数据库连接、集合缓存泄漏）。

  2. 检查代码中的静态集合、缓存策略（如未设置TTL）、文件/网络流未关闭。

• 示例命令：

  # 生成堆转储
  jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof <pid>
  ​
  # 查看堆内存统计
  jmap -histo:live <pid> | head -n 20
  

2. CPU使用率过高

• 现象：应用进程占用CPU持续超过80%。

• 排查步骤：

  0. 使用 top -H -p <pid> 找到高CPU的线程ID。

  1. 将线程ID转换为16进制（如 printf "%x\n" 12345）。

  2. 通过 jstack <pid> 查看线程栈，定位代码位置。

  3. 常见原因：

     • 死循环（如 while(true) 未合理退出）。
     • 频繁GC（Full GC 导致CPU飙升）。
     • 复杂算法计算（如正则表达式回溯、大数组排序）。

• 示例命令：

  # 查找高CPU线程
  top -H -p <pid>
  ​
  # 分析线程栈
  jstack <pid> | grep -A 20 <nid_16进制>
  

3. 线程死锁

• 现象：应用无响应，日志中可见 Found one Java-level deadlock。

• 排查步骤：

  0. 使用 jstack <pid> 或 VisualVM 的线程分析功能。
  1. 查看线程状态是否为 BLOCKED，并检查锁持有链。
  2. 修复代码中的锁顺序问题（如按固定顺序获取锁）。

• 示例输出：

  "Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f... 
    waiting to lock <0x000000076bf62200> (a A)
    held by "Thread-0"
  

4. 频繁GC导致性能下降

• 现象：应用延迟增加，GC日志中 Full GC 次数增多。

• 排查步骤：

  0. 使用 jstat -gcutil <pid> 1000 查看各分区内存使用率和GC时间。

  1. 分析GC日志（通过 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps 开启）。

  2. 调整JVM参数：

     • 增大堆大小（-Xmx、-Xms）。
     • 更换GC算法（如G1替代CMS）。
     • 调整新生代/老年代比例（-XX:NewRatio）。

• 示例参数：

  # G1 GC参数示例
  -XX:+UseG1GC -Xmx4g -Xms4g -XX:MaxGCPauseMillis=200
  

5. 类加载异常

• 现象：ClassNotFoundException、NoClassDefFoundError。

• 排查步骤：

  0. 检查类路径（-classpath）是否正确。
  1. 使用 -verbose:class 输出类加载信息。
  2. 分析依赖冲突（如Maven的 mvn dependency:tree）。

三、高级工具推荐

0. Arthas

   • 动态跟踪方法调用：trace com.example.Service *Method。
   • 监控方法执行耗时：monitor -c 5 com.example.Service getData。
   • 查看类加载信息：sc -d com.example.MyClass。

1. MAT（Memory Analyzer Tool）

   • 分析堆转储，快速定位内存泄漏对象。
   • 支持 Leak Suspects Report 自动生成泄漏报告。

2. Async-Profiler

   • 生成火焰图，分析CPU、内存、锁性能瓶颈。

四、注意事项

• 生产环境谨慎操作：生成堆转储可能导致应用暂停，建议在低峰期操作。
• 监控与告警：提前配置 Prometheus + Grafana 监控JVM状态。
• 代码最佳实践：避免静态集合持有大数据、及时关闭资源（如 try-with-resources）。

通过以上流程和工具，可系统化解决大多数JVM问题。若需深入特定场景（如Native内存泄漏），需结合操作系统工具（如 pmap、gdb）进一步分析。