内存持续上升，我该如何排查问题？

我想你肯定遇到过内存溢出，或是内存使用率过高的问题。碰到内存持续上升的情况，其实我们很难从业务日志中查看到具体的问题，那么面对多个进程以及大量业务线程，我们该如何精准地找到背后的原因呢？

常用的监控和诊断内存工具

工欲善其事，必先利其器。平时排查内存性能瓶颈时，我们往往需要用到一些 Linux 命令行或者 JDK 工具来辅助我们监测系统或者虚拟机内存的使用情况，下面我就来介绍几种好用且常用的工具。

Linux 命令行工具之 top 命令

top 命令是我们在 Linux 下最常用的命令之一，它可以实时显示正在执行进程的 CPU 使用率、内存使用率以及系统负载等信息。其中上半部分显示的是系统的统计信息，下半部分显示的是进程的使用率统计信息。

除了简单的 top 之外，我们还可以通过 top -Hp pid 查看具体线程使用系统资源情况：

Linux 命令行工具之 vmstat 命令

vmstat 是一款指定采样周期和次数的功能性监测工具，我们可以看到，它不仅可以统计内存的使用情况，还可以观测到 CPU 的使用率、swap 的使用情况。但 vmstat 一般很少用来查看内存的使用情况，而是经常被用来观察进程的上下文切换。

r：等待运行的进程数； b：处于非中断睡眠状态的进程数； swpd：虚拟内存使用情况； free：空闲的内存； buff：用来作为缓冲的内存数； si：从磁盘交换到内存的交换页数量； so：从内存交换到磁盘的交换页数量； bi：发送到块设备的块数； bo：从块设备接收到的块数； in：每秒中断数； cs：每秒上下文切换次数； us：用户 CPU 使用时间； sy：内核 CPU 系统使用时间； id：空闲时间； wa：等待 I/O 时间； st：运行虚拟机窃取的时间。

Linux 命令行工具之 pidstat 命令

pidstat 是 Sysstat 中的一个组件，也是一款功能强大的性能监测工具，我们可以通过命令：yum install sysstat 安装该监控组件。之前的 top 和 vmstat 两个命令都是监测进程的内存、CPU 以及 I/O 使用情况，而 pidstat 命令则是深入到线程级别。

通过 pidstat -help 命令，我们可以查看到有以下几个常用的参数来监测线程的性能：

常用参数： -u：默认的参数，显示各个进程的 cpu 使用情况； -r：显示各个进程的内存使用情况； -d：显示各个进程的 I/O 使用情况； -w：显示每个进程的上下文切换情况； -p：指定进程号； -t：显示进程中线程的统计信息。

我们可以通过相关命令（例如 ps 或 jps）查询到相关进程 ID，再运行以下命令来监测该进程的内存使用情况：

其中 pidstat 的参数 -p 用于指定进程 ID，-r 表示监控内存的使用情况，1 表示每秒的意思，3 则表示采样次数。

其中显示的几个关键指标的含义是：

Minflt/s：任务每秒发生的次要错误，不需要从磁盘中加载页； Majflt/s：任务每秒发生的主要错误，需要从磁盘中加载页； VSZ：虚拟地址大小，虚拟内存使用 KB； RSS：常驻集合大小，非交换区内存使用 KB。

如果我们需要继续查看该进程下的线程内存使用率，则在后面添加 -t 指令即可：

我们知道，Java 是基于 JVM 上运行的，大部分内存都是在 JVM 的用户内存中创建的，所以除了通过以上 Linux 命令来监控整个服务器内存的使用情况之外，我们更需要知道 JVM 中的内存使用情况。JDK 中就自带了很多命令工具可以监测到 JVM 的内存分配以及使用情况。

JDK 工具之 jstat 命令

jstat 可以监测 Java 应用程序的实时运行情况，包括堆内存信息以及垃圾回收信息。我们可以运行 jstat -help 查看一些关键参数信息：

再通过 jstat -option 查看 jstat 有哪些操作：

-class：显示 ClassLoad 的相关信息； -compiler：显示 JIT 编译的相关信息； -gc：显示和 gc 相关的堆信息； -gccapacity：显示各个代的容量以及使用情况； -gcmetacapacity：显示 Metaspace 的大小； -gcnew：显示新生代信息； -gcnewcapacity：显示新生代大小和使用情况； -gcold：显示老年代和永久代的信息； -gcoldcapacity ：显示老年代的大小； -gcutil：显示垃圾收集信息； -gccause：显示垃圾回收的相关信息（通 -gcutil），同时显示最后一次或当前正在发生的垃圾回收的诱因； -printcompilation：输出 JIT 编译的方法信息。

它的功能比较多，在这里我例举一个常用功能，如何使用 jstat 查看堆内存的使用情况。我们可以用 jstat -gc pid 查看：

S0C：年轻代中 To Survivor 的容量（单位 KB）； S1C：年轻代中 From Survivor 的容量（单位 KB）； S0U：年轻代中 To Survivor 目前已使用空间（单位 KB）； S1U：年轻代中 From Survivor 目前已使用空间（单位 KB）； EC：年轻代中 Eden 的容量（单位 KB）； EU：年轻代中 Eden 目前已使用空间（单位 KB）； OC：Old 代的容量（单位 KB）； OU：Old 代目前已使用空间（单位 KB）； MC：Metaspace 的容量（单位 KB）； MU：Metaspace 目前已使用空间（单位 KB）； YGC：从应用程序启动到采样时年轻代中 gc 次数； YGCT：从应用程序启动到采样时年轻代中 gc 所用时间 (s)； FGC：从应用程序启动到采样时 old 代（全 gc）gc 次数； FGCT：从应用程序启动到采样时 old 代（全 gc）gc 所用时间 (s)； GCT：从应用程序启动到采样时 gc 用的总时间 (s)。

JDK 工具之 jstack 命令

它是一种线程堆栈分析工具，最常用的功能就是使用 jstack pid 命令查看线程的堆栈信息，通常会结合 top -Hp pid 或 pidstat -p pid -t 一起查看具体线程的状态，也经常用来排查一些死锁的异常。

每个线程堆栈的信息中，都可以查看到线程 ID、线程的状态（wait、sleep、running 等状态）以及是否持有锁等。

JDK 工具之 jmap 命令 jmap可以查看堆内存初始化配置信息以及堆内存的使用情况。那么除了这个功能，我们其实还可以使用 jmap 输出堆内存中的对象信息，包括产生了哪些对象，对象数量多少等

我们可以用 jmap 来查看堆内存初始化配置信息以及堆内存的使用情况：

我们可以使用 jmap -histo[:live] pid 查看堆内存中的对象数目、大小统计直方图，如果带上 live 则只统计活对象：

我们可以通过 jmap 命令把堆内存的使用情况 dump 到文件中：

我们可以将文件下载下来，使用 MAT 工具打开文件进行分析：

下面我们用一个实战案例来综合使用下刚刚介绍的几种工具，具体操作一下如何分析一个内存泄漏问题。

实战演练

我们平时遇到的内存溢出问题一般分为两种，一种是由于大峰值下没有限流，瞬间创建大量对象而导致的内存溢出；另一种则是由于内存泄漏而导致的内存溢出。

使用限流，我们一般就可以解决第一种内存溢出问题，但其实很多时候，内存溢出往往是内存泄漏导致的，这种问题就是程序的 BUG，我们需要及时找到问题代码。

下面我模拟了一个内存泄漏导致的内存溢出案例，我们来实践一下。

我们知道，ThreadLocal 的作用是提供线程的私有变量，这种变量可以在一个线程的整个生命周期中传递，可以减少一个线程在多个函数或类中创建公共变量来传递信息，避免了复杂度。但在使用时，如果 ThreadLocal 使用不恰当，就可能导致内存泄漏。

这个案例的场景就是 ThreadLocal，下面我们模拟对每个线程设置一个本地变量。运行以下代码，系统一会儿就发送了内存溢出异常：

@RequestMapping(value = "/test0")
public String test0(HttpServletRequest request) {
    ThreadLocal<Byte[]> localVariable = new ThreadLocal<Byte[]>();
    localVariable.set(new Byte[4096*1024]);// 为线程添加变量
    return "success";
}

在启动应用程序之前，我们可以通过 HeapDumpOnOutOfMemoryError 和 HeapDumpPath 这两个参数开启堆内存异常日志，通过以下命令启动应用程序：

java -jar -Xms1000m -Xmx4000m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:/tmp/heapTest.log heapTest-0.0.1-SNAPSHOT.jar

首先，请求 test0 链接 10000 次，这个时候我们请求 test0 的接口报异常了。

通过日志，我们很好分辨这是一个内存溢出异常。我们首先通过 Linux 系统命令查看进程在整个系统中内存的使用率是多少，最简单就是 top 命令了。

从 top 命令查看进程的内存使用情况，可以发现在机器只有 8G 内存且只分配了 4G 内存给 Java 进程的情况下，Java 进程内存使用率已经达到了 55%，再通过 top -Hp pid 查看具体线程占用系统资源情况。

再通过 jstack pid 查看具体线程的堆栈信息，可以发现该线程一直处于 TIMED_WAITING 状态，此时 CPU 使用率和负载并没有出现异常，我们可以排除死锁或 I/O 阻塞的异常问题了。

我们再通过 jmap 查看堆内存的使用情况，可以发现，老年代的使用率几乎快占满了，而且内存一直得不到释放：

通过以上堆内存的情况，我们基本可以判断系统发生了内存泄漏。下面我们就需要找到具体是什么对象一直无法回收，什么原因导致了内存泄漏。

我们需要查看具体的堆内存对象，看看是哪个对象占用了堆内存，可以通过 jmap 查看存活对象的数量：

Byte 对象占用内存明显异常，说明代码中 Byte 对象存在内存泄漏，我们在启动时，已经设置了 dump 文件，通过 MAT 打开 dump 的内存日志文件，我们可以发现 MAT 已经提示了 byte 内存异常：

再点击进入到 Histogram 页面，可以查看到对象数量排序，我们可以看到 Byte[]数组排在了第一位，选中对象后右击选择 with incomming reference 功能，可以查看到具体哪个对象引用了这个对象。

在这里我们就可以很明显地查看到是 ThreadLocal 这块的代码出现了问题。

总结

在一些比较简单的业务场景下，排查系统性能问题相对来说简单，且容易找到具体原因。但在一些复杂的业务场景下，或是一些开源框架下的源码问题，相对来说就很难排查了，有时候通过工具只能猜测到可能是某些地方出现了问题，而实际排查则要结合源码做具体分析。

可以说没有捷径，排查线上的性能问题本身就不是一件很简单的事情，除了将今天介绍的这些工具融会贯通，还需要我们不断地去累积经验，真正做到性能调优。