Java快速定位问题诊断工具都有哪些

原创已于 2025-09-13 00:02:08 修改 · 274 阅读

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#java #问题诊断 #线上问题排查

于 2025-09-12 23:58:52 首次发布

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我们来系统性地梳理和掌握 Java 问题诊断工具集。这些工具是每个 Java 开发者（尤其是后端开发者）必须掌握的“手术刀”，用于快速定位线上故障、性能瓶颈和内存问题。

这些工具主要分为两类：

JDK 自带命令行工具 (jps, jstat, jstack, jmap, jinfo)
图形化/高级诊断工具 (JConsole, VisualVM, Arthas, MAT)

一、JDK 自带命令行工具

这些工具位于 JAVA_HOME/bin/ 目录下，是诊断的“第一响应”工具，尤其在无图形界面的服务器环境中至关重要。

1. `jps` (JVM Process Status Tool)

作用：列出当前用户的所有 Java 进程及其主类名和 PID（进程ID）。类似于 ps -ef | grep java，但更简洁直接。

常用命令：

bash

jps -l   # 显示完整的主类名或jar包名
jps -v   # 显示启动时传递给JVM的参数
jps -mlv # 上述所有信息的组合

使用场景：快速找到你要诊断的 Java 应用的 PID。

2. `jstat` (JVM Statistics Monitoring Tool)

作用：监控 JVM 的各种运行时状态信息，主要是堆内存和垃圾回收情况。这是监控 GC 问题最核心的命令行工具。

常用命令：

bash

jstat -gc <pid> 1s 10    # 每1秒采样一次，共10次，输出GC相关信息
jstat -gccapacity <pid>  # 监控各个代的容量和使用情况
jstat -gcutil <pid> 1s   # 以百分比形式显示GC总体情况（最常用）

关键指标解读（看 -gcutil 输出）：
- S0, S1, E： Survivor0/1 和 Eden 区的使用百分比。
- O： Old 区使用百分比。如果长时间接近100%，则可能内存泄漏或堆大小不足。
- M： Metaspace 使用百分比。
- YGC, YGCT： Young GC 的次数和总耗时。
- FGC, FGCT： Full GC 的次数和总耗时。这是最重要的指标！如果 FGC 频繁且 FGCT 很长，说明系统正在“卡死”。

3. `jstack` (Stack Trace Tool)

作用：生成 JVM 当前时刻的线程快照。用于定位线程出现长时间停顿的原因，如死锁、死循环、请求外部资源耗时过长等。

常用命令：

bash

jstack <pid>                    # 打印线程栈信息
jstack -l <pid>                 # 除了堆栈外，还显示关于锁的附加信息（用于分析死锁）

使用场景：
1. CPU 占用过高：先用 top -Hp <pid> 找到占用 CPU 最高的线程 ID，将其转换为 16 进制（printf "%x\n" <nid>），然后在 jstack 的输出中查找这个 nid，看哪个线程正在执行什么代码。
2. 应用无响应/死锁：直接运行 jstack -l <pid>，输出结果最下面会明确提示是否发现死锁。

4. `jmap` (Memory Map Tool)

作用：生成堆内存转储快照（Heap Dump） 或查看堆内对象的统计信息。
【警告】：jmap -dump 会触发 Full GC，并且会暂停应用，严禁在线上系统随意使用！

常用命令：

bash

jmap -heap <pid>                # 显示堆的摘要信息（GC算法、堆配置、各代状态）
jmap -histo:live <pid>          # 显示堆中对象的统计信息，包括类名、实例数量、合计容量
jmap -histo:live <pid> | head -20 # 只看前20行，快速找出哪些对象最多
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid> # 生成堆转储文件（用于MAT分析）

使用场景：
- -histo：快速怀疑是否有内存泄漏。如果某个类的对象数量异常多，就很可疑。
- -dump：在发现内存泄漏迹象或出现 OutOfMemoryError 后，保留现场，生成 dump 文件供后续使用 MAT 等工具进行深度分析。

5. `jinfo` (Configuration Info Tool)

作用：实时查看和调整虚拟机参数。

常用命令：

bash

jinfo <pid>                     # 显示所有JVM参数和系统属性
jinfo -flags <pid>              # 显示显式设置的JVM参数
jinfo -sysprops <pid>           # 显示系统属性
jinfo -flag <name> <pid>        # 查看某个特定参数的值
jinfo -flag [+|-]<name> <pid>   # 开启或关闭某个BOOL型参数（如PrintGC）
jinfo -flag <name>=<value> <pid> # 动态修改某个参数的值（非所有参数都支持）

使用场景：确认某个参数是否生效，或者在紧急情况下动态开启 GC 日志等。

二、图形化/高级诊断工具

1. `JConsole` & `VisualVM`

JConsole：JDK 自带的简单监控工具。可以监控堆内存、线程、类、CPU 消耗等信息，支持连接本地和远程进程。
VisualVM：功能更强大的免费工具，集成了 JConsole 的功能，并提供了更丰富的插件（如 Visual GC，可以可视化地看到堆内存各区域的变化）。
使用场景：在开发、测试或预发环境进行实时可视化监控，比命令行更直观。

2. `Arthas` (阿尔萨斯) - 必须非常熟练

简介：阿里巴巴开源的Java诊断神器，基于命令行交互，功能极其强大，彻底解决了线上调试的痛点。
核心特性：
- 无需修改代码、无需重启应用即可动态跟踪诊断。
- 内置了大量强大的命令，解决了 jstack, jmap, jinfo 等工具需要多步操作的麻烦。
必须掌握的核心命令：
- dashboard：实时仪表盘，一眼看清线程、内存、GC、运行环境信息。
- thread <id> / thread -n 3：查看指定线程栈 / 找出最忙的3个线程。完美替代 jstack 找 CPU 高的线程。
- jad com.example.MyClass：反编译指定类，查看线上运行的代码是否是最新的。
- watch com.example.Service login '{params, throwExp}'：观测方法调用的入参、返回值、异常。这是神器级功能，用于debug。
- trace com.example.Service login：追踪方法内部调用路径，并输出每个节点的耗时。定位性能瓶颈的终极武器。
- heapdump /path/to/file.hprof：生成堆转储文件（类似于 jmap -dump，但更安全方便）。
- ognl @com.example@getBean()：执行ognl表达式，动态获取Spring容器中的Bean。用于验证配置是否生效。
使用场景：几乎所有的线上问题诊断，特别是需要“窥探”应用内部运行状态而又不能重启时。

3. `MAT` (Eclipse Memory Analyzer Tool)

作用：用于深度分析 jmap 或 Arthas 生成的堆转储文件（heap dump），定位内存泄漏的根因。
核心功能：
- Leak Suspects Report（泄漏嫌疑报告）：MAT 会自动分析并给出可能发生内存泄漏的疑点。
- Histogram（直方图）：查看类的实例数量和占用的内存大小。找出疑似泄漏的类。
- Dominator Tree（支配树）：列出堆中最大的对象，以及谁持有这些对象的引用。这是找到“谁阻止了GC回收这些对象”的关键。
- Path to GC Roots（到GC根的路径）：找到某个对象为什么不被回收的完整引用链。这是最终确认内存泄漏的铁证。
使用场景：当发现老年代使用率持续走高、Full GC 频繁时，dump 出堆文件，用 MAT 加载分析，找到无法被回收的对象及其引用路径。

三、实战问题排查流程

CPU 飙升：
- top -> 找到 Java 进程 PID 和占用高的线程 ID。
- printf "%x\n" <tid> -> 将线程 ID 转为十六进制 nid。
- jstack <pid> -> 在输出中查找 nid，定位到代码行。或者直接用 arthas 的 thread 命令。
应用卡顿、响应慢：
- jstat -gcutil <pid> 1s -> 观察 FGC 次数和耗时，如果频繁且长，是 GC 问题。
- jstack -l <pid> -> 检查是否有死锁（输出最下方会提示）。
- 用 arthas 的 trace 命令追踪可疑方法的耗时。
内存泄漏 OOM：
- jmap -histo:live <pid> | head -20 -> 初步怀疑哪个对象过多。
- 使用 arthas 的 heapdump 或 jmap -dump 抓取堆快照。
- 用 MAT 工具加载 .hprof 文件，分析 Dominator Tree 和 Path to GC Roots，找到泄漏对象和持有它的引用链。