Arthas 是 Alibaba 在 2018 年 9 月开源的 Java 诊断工具。支持 JDK6+， 采用命令行交互模式，可以方便的定位和诊断线上程序运行问题。Arthas 官方文档十分详细，详见：https://alibaba.github.io/arthas
Arthas 使用场景
得益于 Arthas 强大且丰富的功能，让 Arthas 能做的事情超乎想象。下面仅仅列举几项常见的使用情况，更多的使用场景可以在熟悉了 Arthas 之后自行探索。
是否有一个全局视角来查看系统的运行状况？
为什么 CPU 又升高了，到底是哪里占用了 CPU ？
运行的多线程有死锁吗？有阻塞吗？
程序运行耗时很长，是哪里耗时比较长呢？如何监测呢？
这个类从哪个 jar 包加载的？为什么会报各种类相关的 Exception？
我改的代码为什么没有执行到？难道是我没 commit？分支搞错了？
遇到问题无法在线上 debug，难道只能通过加日志再重新发布吗？
有什么办法可以监控到 JVM 的实时运行状态？
Arthas 使用
github下载arthas
wget alibaba.github.io/arthas/arth…
或者 Gitee 下载
wget arthas.gitee.io/arthas-boot…
选择进程序号1，进入进程信息操作
输入dashboard可以查看整个进程的运行情况，线程、内存、GC、运行环境信息：
输入 thread -b 可以查看线程死锁
输入 jad加类的全名 可以反编译，这样可以方便我们查看线上代码是否是正确的版本
GC日志详解
对于java应用我们可以通过一些配置把程序运行过程中的gc日志全部打印出来，然后分析gc日志得到关键性指标，分析GC原因，调优JVM参数。
打印GC日志方法，在JVM参数里增加参数，%t 代表时间
-Xloggc:./gc-%t.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCCause
-XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=10 -XX:GCLogFileSize=100M
Tomcat则直接加在JAVA_OPTS变量里。
如何分析GC日志
运行程序加上对应gc日志
java -jar -Xloggc:./gc-%t.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCCause
-XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=10 -XX:GCLogFileSize=100M microservice-eureka-server.jar
我们可以看到图中第一行红框，是项目的配置参数。这里不仅配置了打印GC日志，还有相关的VM内存参数。
第二行红框中的是在这个GC时间点发生GC之后相关GC情况。
1、对于2.909： 这是从jvm启动开始计算到这次GC经过的时间，前面还有具体的发生时间日期。
2、Full GC(Metadata GC Threshold)指这是一次full gc，括号里是gc的原因， PSYoungGen是年轻代的GC，ParOldGen是老年代的GC，Metaspace是元空间的GC
3、 6160K->0K(141824K)，这三个数字分别对应GC之前占用年轻代的大小，GC之后年轻代占用，以及整个年轻代的大小。
4、112K->6056K(95744K)，这三个数字分别对应GC之前占用老年代的大小，GC之后老年代占用，以及整个老年代的大小。
5、6272K->6056K(237568K)，这三个数字分别对应GC之前占用堆内存的大小，GC之后堆内存占用，以及整个堆内存的大小。
6、20516K->20516K(1069056K)，这三个数字分别对应GC之前占用元空间内存的大小，GC之后元空间内存占用，以及整个元空间内存的大小。
7、0.0209707是该时间点GC总耗费时间。
从日志可以发现几次fullgc都是由于元空间不够导致的，所以我们可以将元空间调大点
java -jar -Xloggc:./gc-adjust-%t.log -XX:MetaspaceSize=256M -XX:MaxMetaspaceSize=256M -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCCause -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=10 -XX:GCLogFileSize=100M
microservice-eureka-server.jar
调整完我们再看下gc日志发现已经没有因为元空间不够导致的fullgc了
对于CMS和G1收集器的日志会有一点不一样，也可以试着打印下对应的gc日志分析下，可以发现gc日志里面的gc步骤跟我们之前讲过的步骤是类似的
public class HeapTest {
byte[] a = new byte[1024 * 100]; //100KB
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList<HeapTest> heapTests = new ArrayList<>();
while (true) {
heapTests.add(new HeapTest());
Thread.sleep(10);
}
}
}
上面的这些参数，能够帮我们查看分析GC的垃圾收集情况。但是如果GC日志很多很多，成千上万行。就算你一目十行，看完了，脑子也是一片空白。所以我们可以借助一些功能来帮助我们分析，这里推荐一个gceasy(gceasy.io)，可以上传gc文件，然后他会利用可视化的界面来展现GC情况。具体下图所示
上图我们可以看到年轻代，老年代，以及永久代的内存分配，和最大使用情况
上图我们可以看到堆内存在GC之前和之后的变化，以及其他信息。
这个工具还提供基于机器学习的JVM智能优化建议
JVM参数汇总查看命令
java -XX:+PrintFlagsInitial 表示打印出所有参数选项的默认值
java -XX:+PrintFlagsFinal 表示打印出所有参数选项在运行程序时生效的值
Class常量池与运行时常量池
Class常量池可以理解为是Class文件中的资源仓库。 Class文件中除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池(constant pool table) ，用于存放编译期生成的各种字面量(Literal)和符号引用(Symbolic References) 。
一个class文件的16进制大体结构如下图：
对应的含义如下，细节可以查下oracle官方文档
当然我们一般不会去人工解析这种16进制的字节码文件，我们一般可以通过javap命令生成更可读的JVM字节码指令文件：
javap -v Math.class
红框标出的就是class常量池信息，常量池中主要存放两大类常量：字面量和符号引用。
字面量
字面量就是指由字母、数字等构成的字符串或者数值常量
字面量只可以右值出现，所谓右值是指等号右边的值，如：int a=1 这里的a为左值，1为右值。在这个例子中1就是字面量。
int a = 1;
int b = 2;
int c = "abcdefg";
int d = "abcdefg";
符号引用
符号引用是编译原理中的概念，是相对于直接引用来说的。主要包括了以下三类常量：
类和接口的全限定名
字段的名称和描述符
方法的名称和描述符
上面的a，b就是字段名称，就是一种符号引用，还有Math类常量池里的Lcom/tuling/jvm/Math 是类的全限定名，main和compute是方法名称，()是一种UTF8格式的描述符，这些都是符号引用。
这些常量池现在是静态信息，只有到运行时被加载到内存后，这些符号才有对应的内存地址信息，这些常量池一旦被装入内存就变成运行时常量池，对应的符号引用在程序加载或运行时会被转变为被加载到内存区域的代码的直接引用，也就是我们说的动态链接了。例如，compute()这个符号引用在运行时就会被转变为compute()方法具体代码在内存中的地址，主要通过对象头里的类型指针去转换直接引用。
字符串常量池
字符串常量池的设计思想
字符串的分配，和其他的对象分配一样，耗费高昂的时间与空间代价，作为最基础的数据类型，大量频繁的创建字符串，极大程度地影响程序的性能
JVM为了提高性能和减少内存开销，在实例化字符串常量的时候进行了一些优化
为字符串开辟一个字符串常量池，类似于缓存区
创建字符串常量时，首先查询字符串常量池是否存在该字符串
存在该字符串，返回引用实例，不存在，实例化该字符串并放入池中
三种字符串操作(Jdk1.7 及以上版本)
直接赋值字符串
String s = "aaa"; // s指向常量池中的引用
这种方式创建的字符串对象，只会在常量池中。
因为有"aaa"这个字面量，创建对象s的时候，JVM会先去常量池中通过 equals(key) 方法，判断是否有相同的对象
如果有，则直接返回该对象在常量池中的引用；
如果没有，则会在常量池中创建一个新对象，再返回引用。
new String();
String s1 = new String("aaa"); // s1指向内存中的对象引用
这种方式会保证字符串常量池和堆中都有这个对象，没有就创建，最后返回堆内存中的对象引用。
步骤大致如下：
因为有"aaa"这个字面量，所以会先检查字符串常量池中是否存在字符串"aaa"
不存在，先在字符串常量池里创建一个字符串对象；再去内存中创建一个字符串对象"aaa"；
存在的话，就直接去堆内存中创建一个字符串对象"aaa"；
最后，将内存中的引用返回。
intern方法
String s1 = new String("aaa");
String s2 = s1.intern();
System.out.println(s1 == s2); //false
String中的intern方法是一个 native 的方法，当调用 intern方法时，如果池已经包含一个等于此String对象的字符串（用equals(oject)方法确定），则返回池中的字符串。否则，将intern返回的引用指向当前字符串 s1(jdk1.6版本需要将 s1 复制到字符串常量池里)。
字符串常量池位置
Jdk1.6及之前： 有永久代, 运行时常量池在永久代，运行时常量池包含字符串常量池
Jdk1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，字符串常量池从永久代里的运行时常量池分离到堆里
Jdk1.8及之后： 无永久代，运行时常量池在元空间，字符串常量池里依然在堆里
用一个程序证明下字符串常量池在哪里
/**
* -Xms10M -Xmx10M
*/
public class RuntimeConstantPoolOOM{
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
String str = String.valueOf(i).intern();
list.add(str);
}
}
}
运行结果：
jdk7及以上：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
jdk6：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
字符串常量池设计原理
字符串常量池底层是hotspot的C++实现的，底层类似一个 HashTable， 保存的本质上是字符串对象的引用。
看一道比较常见的面试题，下面的代码创建了多少个 String 对象？
String s1 = new String("he") + new String("llo");
String s2 = s1.intern();
System.out.println(s1 == s2);
// 在 JDK 1.6 下输出是 false，创建了 6 个对象
// 在 JDK 1.7 及以上的版本输出是 true，创建了 5 个对象
为什么输出会有这些变化呢？主要还是字符串池从永久代中脱离、移入堆区的原因， intern() 方法也相应发生了变化：
1、在 JDK 1.6 中，调用 intern() 首先会在字符串池中寻找 equal() 相等的字符串，假如字符串存在就返回该字符串在字符串池中的引用；假如字符串不存在，虚拟机会重新在永久代上创建一个实例，将 StringTable 的一个表项指向这个新创建的实例。
2、在 JDK 1.7 (及以上版本)中，由于字符串池不在永久代了，intern() 做了一些修改，更方便地利用堆中的对象。字符串存在时和 JDK 1.6一样，但是字符串不存在时不再需要重新创建实例，可以直接指向堆上的实例。
由上面两个图，也不难理解为什么 JDK 1.6 字符串池溢出会抛出 OutOfMemoryError: PermGen space ，而在 JDK 1.7 及以上版本抛出 OutOfMemoryError: Java heap space 。
