[心得] Java perf profiling 分享

原本要想講心得，但想一想每個系同異質性太高 又難有 SOP，

因此先以可以用的工具以及分析面相下手

當 SRE 回報了問題:

Case 1. 今天開始 latency 變高，但 QPS 沒比較多，也沒 Deploy 新版

Case 2. CPU 用不到 50% 開始 timeout

Case 3. 壓測沒問題，但系統跑一週後 latency 開始變高

Case 4. 新版本的記憶體使用量開始變高，但這個新版包含了三個月分的 commit

這些問題乍看之下是很難猜出原因，或是隨便說 qps 變高能唬(?)過去的

假設你的系統很肥大，同時有個 10 以上在開發，

且程式早就肥到你無法輕易猜出可能問題

此時也比較難去逐個 commit 比對哪裡開始出問題

因此一些 profiling 的技巧可以幫助你快速找到 root cause

1. 記憶體 - JVM heap GC

啟用方法就是你在執行 java 時帶上參數 -XX:+PrintGCDetails (詳細請見文件)

在執行的時候就會順便寫 gc log，這個通常建議預設開啟，

往後 debug prod issue 可以直接用就方便很多

首先你要知道你的 JVM 用了哪個 GC 演算法，最常見的大概是 CMS or G1，

演算法細節先不討論

gc log 可以用這套軟體幫助圖形化 https://it.gcplot.com/

圖形化後大概可以看 GC 的頻率與耗時、eden/tenured spaces 在 gc 前後的狀況等

在這個階段可以判斷出該往 memory leak 或調整JVM記憶體配置的方向

1-2 記憶體 - Memory profiling

在這個階段需要去 dump memory heap 來做分析看是否有無 memory leak

方法很簡單，直接執行下列指令，這個指令是 JDK 內建的

jmap -dump:format=b,file=/tmp/heapdump.bin [pid]

不過注意這個指令會停住整個 JVM 幾秒 (根據記憶體大小與效能)，

如果在 PROD 執行建議先把流量切到 0

然後你就取得一個很大的檔案 (file size ~= JVM heap size)

然後一樣去用軟體分析，這裡我推薦 https://www.eclipse.org/mat/

當用軟體分析完後大概可以看到那些物件佔了最多記憶體與它的 stack trace

但同時你也需要具備該系統知識 這樣才能判斷記憶體占用是否符合預期

如果有 memory leak 此時看 stack trace 也可以輕易知道是哪段扣出問題

2. CPU profiling

這部分可以透過第三方軟體做 profiling，我推薦

https://github.com/jvm-profiling-tools/async-profiler

你可以簡單下載它的 release 檔案，並複製到要 profiling 的 JVM 底下，

範例指令 ./profiler.sh -e itimer -d [SECONDS] -o flat [PID] > cpu.log

這個指令是輕量的，所以是可以在 PROD 執行的，

但避免你被 SRE 暗殺建議還是要溝通好

執行完後會取得類似如下的 log

--- 6790000000 (98.84%) ns, 679 samples
[ 0] Primes.isPrime
[ 1] Primes.primesThread
[ 2] Primes.access$000
[ 3] Primes$1.run
[ 4] java.lang.Thread.run

此時就能判斷最吃 cpu 的 func 是否符合你的預期

所謂的符合預期....當然你還時要夠熟系統才能判斷

2-2 CPU - Thread dump

如果你猜有 deadlock 發生，可以執行下列指令取得 thread dump

jstack -l [PID] > cpu.log

這指令也是 JDK 內建，很方便

那看這個 dump 需要具備 OS, Multi-thread, deadlock 等知識

當然有些軟體會幫你判斷，但避免誤判建議這些知識還是需要的

3. Disk IO

這部分遺憾目前沒有找到適合的 profiling 軟體，尤其是針對 application 的

目前只能有 OS 層級監控 Disk IOPS

如果各位有好用的方法再麻煩推薦

以上大概涵蓋了 CPU, Memory, Disk 等的可用工具/分析面向

但在做這些之前基本的監控要先到位，

如 QPS, latency, Server CPU/Memory, network 等

但 troubleshooting 心法我覺得比較難整理出有系統的邏輯，

畢竟我現在還是常常繞一大圈 囧

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感謝補充

外包： 請加更多的記憶體