JVM可视化监控工具Arthas

JVM 内存布局是排查线上问题的基础。很多开发者遇到 OutOfMemoryError 时不知道从哪里入手。本文结合实际案例，讲清楚各区域的作用和常见异常，帮你建立排查思路。

安装与启动

# 在线安装
curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar

# 启动
java -jar arthas-boot.jar

# 选择要诊断的 Java 进程
[INFO] arthas-boot version: 3.x.x
[INFO] Found existing java process, please choose one and input the serial number of the process, eg : 1. Then hit ENTER.
* [1]: 12345 /app/myapp.jar
  [2]: 67890 org.apache.catalina.startup.Bootstrap
1

核心命令

#

1. dashboard：系统仪表盘

$ dashboard

输出：

ID   NAME                      GROUP    PRIORITY STATE    %CPU  TIME   INTERRUPTED DAEMON
12   AsyncAppender-Worker      main     5        WAITING  0.0   0:0    false       true
...

Memory                    used    total    max     usage    GC
heap                      256M    512M     4096M   6.25%    gc.g1_young_generation.count   100
g1_eden_space             100M    200M     -       50.00%   gc.g1_young_generation.time    500ms
g1_old_gen                150M    300M     4096M   3.66%
g1_survivor_space         6M      12M      -       50.00%

#

2. thread：线程诊断

# 查看所有线程
$ thread

# 查看最忙的5个线程
$ thread -n 5

# 查看指定线程
$ thread 12

# 查看死锁
$ thread -b

# 查看线程状态统计
$ thread --state

#

3. trace：方法耗时追踪

# 追踪方法的入参和返回值
$ trace com.example.Service getOrder '#cost>100' -n 5

# 只追踪异常
$ trace com.example.Service getOrder '#cost>100' --skipJDKMethod false

# 多层追踪
$ trace -E com.example.Service|com.example.Dao getOrder

输出：

`---ts=2024-06-13 10:00:00;thread_name=http-nio-8080-exec-1;id=12;is_daemon=true;priority=5;TCCL=org.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatEmbeddedWebappClassLoader@1234
    `---[50.234ms] com.example.Service:getOrder()
        +---[5.123ms] com.example.Dao:queryById()
        +---[40.456ms] com.example.Client:fetchRemote() # 这里耗时最长
        `---[4.655ms] com.example.Mapper:insertLog()

#

4. watch：方法执行数据观测

# 查看方法入参和返回值
$ watch com.example.Service getOrder '{params,returnObj}' -x 2

# 查看异常
$ watch com.example.Service getOrder '{params,throwExp}' -e

# 查看方法执行前后的对象字段
$ watch com.example.User setName '{target,name,params,returnObj}' -b -s -x 2

参数：

• -b：方法执行前
• -s：方法执行后
• -e：方法异常后
• -x 2：展开层级

#

5. jad：反编译代码

# 反编译类
$ jad com.example.Service

# 反编译方法
$ jad com.example.Service getOrder

# 反编译并保存
$ jad --source-only com.example.Service > /tmp/Service.java

#

6. redefine：热更新代码

# 1. 修改 Java 文件
# 2. 编译为 class
javac /tmp/Service.java

# 3. 热加载
$ redefine /tmp/Service.class

注意：

• 不能修改方法签名
• 不能添加/删除方法
• 不能修改静态字段

#

7. heapdump：生成堆 dump

# 生成堆 dump
$ heapdump /tmp/dump.hprof

# 只 dump live 对象
$ heapdump --live /tmp/dump.hprof

#

8. vmtool：强制 GC、获取实例

# 强制 GC
$ vmtool --action forceGc

# 获取类的所有实例
$ vmtool --action getInstances --className com.example.User --limit 10

# 执行表达式
$ vmtool --action getInstances --className java.lang.String \
    --express 'instances.length'

#

9. tt：方法执行时空隧道

# 记录方法调用
$ tt -t com.example.Service getOrder

# 查看记录
$ tt -l

# 重放第1000次调用
$ tt -p -i 1000

# 查看调用入参和返回值
$ tt -i 1000 -w '{params, returnObj}'

#

10. profiler：生成火焰图

# 开始采样
$ profiler start

# 查看状态
$ profiler status

# 停止并生成火焰图
$ profiler stop --file /tmp/flamegraph.html

# 指定采样事件
$ profiler start --event alloc  # 内存分配
$ profiler start --event lock   # 锁竞争

实战场景

#

场景1：接口响应慢

# 1. 找到处理请求的线程
$ thread -n 5

# 2. 追踪方法耗时
$ trace com.example.Controller getData '#cost>1000'

# 3. 定位到具体方法后，查看入参
$ watch com.example.Dao slowQuery '{params}' -x 2

#

场景2：线上 Bug 修复

# 1. 反编译确认代码
$ jad com.example.Service bugMethod

# 2. 修改本地代码并编译

# 3. 热更新
$ redefine /tmp/Service.class

# 4. 验证修复
$ trace com.example.Service bugMethod

#

场景3：内存泄漏排查

# 1. 查看内存使用
$ dashboard

# 2. 获取可疑类的实例
$ vmtool --action getInstances --className com.example.Cache --limit 100

# 3. 查看对象引用链
$ heapdump /tmp/dump.hprof
# 用 MAT 分析

在 Spring Boot 中集成

<dependency>
    <groupId>com.taobao.arthas</groupId>
    <artifactId>arthas-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>3.6.7</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>

arthas:
  agent-id: myapp
  tunnel-server: ws://127.0.0.1:7777/ws

总结

命令	用途
dashboard	查看系统整体状态
thread	线程诊断
trace	方法耗时追踪
watch	观测方法数据
jad	反编译
redefine	热更新
heapdump	堆内存 dump
vmtool	强制 GC、获取实例
tt	方法调用记录与重放
profiler	火焰图

Arthas 是 Java 线上诊断的瑞士军刀，掌握它可以大幅提升线上问题排查效率。

核心要点

1. 堆内存分为年轻代和老年代，年轻代又分为 Eden、Survivor 等区域

2. 栈内存是线程私有的，每个线程都有自己的栈空间

3. 方法区（元空间）存储类信息、常量池等

4. 常见的 OOM 类型：HeapSpace、OutOfMemoryError、StackOverflowError

总结

理解 JVM 内存模型是成为高级 Java 工程师的必备技能。在实际项目中，配置合适的堆内存大小、选择合适的垃圾收集器，都需要对内存布局有清晰的认识。