19丨Java & C ++：代码级监控及常用计数器解析（上）
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19丨Java & C ++：代码级监控及常用计数器解析（上）
2020-02-03 高楼 来自北京
《性能测试实战30讲》
课程介绍
讲述：高楼
时长13:03大小11.96M
在性能测试分析中，有一部分人存在着一个思路上的误解，那就是一开始就一头扎进代码里，折腾代码性能。这是我非常反对的一种做法。
事实上，要想这么做，有一个前提，那就是架构中的其他组件都经过了千锤百炼，出现问题的可能性极低。
实际上，我凭着十几年的经验来看，大部分时候，代码出现严重性能瓶颈的情况还真是不多。再加上现在成熟的框架那么多，程序员们很多情况下只写业务实现。在这种情况下，代码出现性能瓶颈的可能性就更低了。
但我们今天终归要说代码级的监控及常用的计数器。如何去评估一个业务系统的代码性能呢？在我看来，分析的思路是下面这个样子的。
从上图可以看到，分析的时候有两个关键点：执行时间和执行空间。我相信很多人都清楚，我们要很快找到执行时间耗在哪一段和空间耗在哪里。
现在我们来实际操作一下，看如何判断。
Java 类应用查找方法执行时间
首先你得选择一个合适的监控工具。Java 方法类的监控工具有很多，这里我选择 JDK 里自带的 jvisualvm。
顺便说一下，我的 Java 版本号是这个：
打开应用服务器上的 JMX 之后，连上 jvisualvm，你会看到这样的视图。
这里再啰嗦一下我们的目标，这时我们要找到消耗 CPU 的方法，所以要先点Sampler - CPU，你可以看到如下视图。
从上图可以看到方法执行的累积时间，分别为自用时间百分比、自用时间、自用时间中消耗 CPU 的时间、总时间、总时间中消耗 CPU 的时间、样本数。
从这些数据中就可以看到方法的执行效率了。
但是，这里面 Method 这么多，我怎么知道哪个跟我的方法执行时间有关呢？比如说上面这个应用中，最消耗 CPU 的是 JDBC 的一个方法 fill。这合理吗？
先来看一下我的脚本。
从结构上你就能看出来，我做了登录，然后就做了创建的动作，接着就退出了。
这几个操作和数据库都有交互。拿 create 这个步骤来说，它的脚本非常直接，就是一个 POST 接口。
还记得前面我们怎么说查看后端的运行逻辑的吗？后端接收这个 POST 的代码如下：
这段代码的功能就是讲前端内容接收过来放到实体中，然后通过 create 方法写到数据库中。那么 create 是怎么实现的呢？
它就是一个 mapper.insert，显然这个 create 是我们自己实现的代码，里面其实没有什么逻辑。而 ReadAheadInputStream.fill 是 create 中的 MyBatis 调用的 JDBC 中的方法。 从压力工具到数据库的调用逻辑就是：
而我们看到的最耗时的方法是最后一个，也就是 fill。实际上，我们应该关心的是 save 接口到底怎么样。我们来过滤下看看。
从 save 的结果上来看，它本身并没有耗什么时间，都是后面的调用在消耗时间。
我们再来看看 cerate。
它本身也没消耗什么时间。
顺着逻辑图，我们再接着看 MyBatis 中的 insert 方法。
就这样一层层找下去，最后肯定就找到了 fill 这个方法了。但是你怎么知道整个调用逻辑中有哪些层级呢？你说我可以看源码。当然不是不可以。但要是没有源码呢？做性能分析的人经常没有源码呀。
这个时候，我们就要来看栈了。这里我打印了一个调用栈，我们来看下这个逻辑。
我把其他的都给清掉了，我们只看最简单的栈逻辑，其中 UnknownSource 的部分是因为反射实现的 insert 没有把源码反编译出来。
其实这个栈有 117 行，我怕你看晕。
从这一层一层的关系中，我们就可以知道调用逻辑了。知道调用逻辑的方法有很多，看源码也行，看编译后运行的代码也行，关键在于知道谁调了谁，这样就行了。
我这个还算是清晰的调用逻辑，要是代码调用关系再复杂一些，分分钟有想死有没有？
不过比较好的是，像 jvisualvm 这样的工具给我们提供了很多便利。这时可能有人会跳起来了，为什么不用 Arthas、BTrace 之类的工具呢？如果你喜欢的话，可以把 Athas 弄上，像下面这样。
这也能看出来 creat 是消耗了时间的。如果你接着跟踪 create 方法。如下所示：
要是接着往下跟踪，就可以看到反射这一块了。
类似的，你还可以玩 JDK 自带的工具 jdb，它也可以直接 attach 到一个进程上，调试能力也是不弱的。
在我看来，这些工具、手段都是为了实现从响应时间长<->代码行的分析过程。思路是最重要的。
另外也要说一下，现在有的 APM 工具也可以实现这样的功能，但是呢，我并不建议一开始就上这么细致的工具，因为不管 APM 产品吹得有多牛逼，它都是要消耗 10% 左右的 CPU 的。并且，你觉得直接在生产上装一个 APM 工具的 agent 到业务系统中是合理的吗？如果是自己实现的 metrics 方法，输出性能数据尚可接受，如果是别人的这类工具，还是算了。
在大部分时候，我都不建议在生产上用 APM 工具。万一生产上真的有极端的情况，需要看细致的性能问题，再临时 attach 上去，也可以做到。何必为了可能出现的问题而长时间地消耗资源呢。
总结
大部分时间里，性能测试和分析都在和时间打交道，而在时间的拆分逻辑中，我们在前面也提到过思路，如何一步步把时间拆解到应用当中，那就是分段。
当拆解到应用当中之后，就是抓函数方法的执行时间了。这是保证我们从前到后分析逻辑的关键一环，请你注意，是关键一环，而不是最初的一环。
通过这篇文章我想告诉你，在大部分的开发语言中，都有手段直接将方法的执行时间消耗抓出来，你可能现在还不知道是什么方法，没关系，因为跟踪的手段有很多，你可以临时去学习如何操作。
我只要在你的脑子里种下这样的一种印象，那就是，有办法抓到函数方法的执行时间消耗在哪里！
思考题
最后给你留两道思考题吧。我为什么不建议在生产环境中一开始就上 APM 类工具来抓取方法的执行时间呢？你有什么方法可以抓取到 Java 语言中的方法执行时间？如果你擅长其他语言，也可以描述其他语言中的方法执行时间抓取工具。
欢迎你在评论区写下你的思考，也欢迎把这篇文章分享给你的朋友或者同事，一起交流一下。
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精选留言(15)
嘟嘟爱学习2020-02-08我觉得某些生产环境还是可以直接上APM的： 1. 能接受10%性能损耗的，比如原来耗时1秒，上了变成1.1秒其实感觉不明显；原来高峰期CPU使用率30%，上了变成40%也还在可接受范围内； 2. APM的成功失败不影响业务的运行，就是即使APM挂了，业务也还能正常运行； 3. 在docker+k8且又有大量虚机大量服务的情况下，上APM也是一个方案，不然当出现问题时要在那么多服务里面把问题定位到，用jmx这类监控很容易措手不及和慌手慌脚。 4. 现在好些公司没有专职性能测试，好些系统没有经过性能测试就上线的，此时APM是开发和运维人员的一个救命稻草了，这种公司我相信很多。展开作者回复: 很不幸的是，你说的非常对。 我觉得我们对大量服务的场景其实需要的只是一个链路监控系统，这个功能APM基本都有提供，我们要用的就是这个功能而已。 另外，我不知道你有没有遇到过APM的agent导致业务系统挂掉的情况，在我的工作中有遇到过，一级故障，损失也是惨重。 所以用不用APM，只有在具体的应用场景中，测试好了再决定上不上吧。
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aoe2020-10-14在我知识范围内Java最强的监控工具是Oracle 开发的 JMC，没有之一。前Oracle首席工程师在 极客时间的《Java核心技术面试精讲》专栏 | 第26讲 | 如何监控和诊断JVM堆内和堆外内存使用？ 文中提到：“我这里特别推荐Java Mission Control（JMC），这是一个非常强大的工具，不仅仅能够使用JMX进行普通的管理、监控任务，还可以配合Java Flight Recorder（JFR）技术，以非常低的开销，收集和分析 JVM 底层的 Profiling 和事件等信息。目前， Oracle 已经将其开源，如果你有兴趣请可以查看 OpenJDK 的Mission Control项目。”展开作者回复: JMC是oracle 收购了BEA之后得到的，然后oracle又收购了sun，就把JMC也放到oracle jdk里面了。 从工具的角度来说，我觉得只要是能实现自己想要的东西，就是好工具。 对个人来说，那是喜欢用什么用什么。JFR这个功能不错，只是在大压力下，性能还是会受到它的影响，你可以尝试一下影响有多大。
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凌空飞起的剪刀腿2020-04-03使用strace 跟踪进程流程作者回复: Strace看起来不方便，不如perf和systemtap。
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alley2021-02-16perftop 可以查看CPU热点函数作者回复: 对的。
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Hulk2020-02-27Arthas1- 纪老师42022-07-28 来自北京请问老师C++、C的怎么监控
作者回复: 看你想监控什么了。如果是cpu、内存、io等，直接看系统中的相应进程就行了。要想看线程栈的话直接gstack等命令就可以。
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蔚来懿2021-01-16老师，学到这一节了，为啥我还是不知道，响应时间长，怎么定位到代码这一层了，前面系统层的如何定位（操作系统、进程、线程耗时，这块在怎么得出时间呢？），么有看到在哪里可以分析出来的？作者回复: 文中不是有方法的执行时间吗？ 主要的流程就是： CPU高 - 代码栈 - 代码
- Geek_6a9aeb2021-01-12老师，为啥说代码造成瓶颈不多呢，高并发带来java线程死锁的情况 是很常见的代码问题吧
作者回复: 你说同步吗？如果业务需要，该同步还是要同步的。死锁在代码中并不多，BLOCKED才是。这也只是一个点。
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老街头的猫🐱。2020-10-19高老师，这个第一个调用栈是用什么命令打出来的，根据什么关键字？在 jvisualvm中没看到进程ID呀？作者回复: 做threaddump就看到了。
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月亮和六便士2020-04-08高老师：1. 打调用栈的时候，怎么保证打印出来的正好是自己写的方法的调用栈，而不是一堆没用的调用栈，我连续打几次都不是自己写的方法的调用栈，这时候我觉得一定有什么技巧，而我不知道。2，interrunpts --> softirqs 怎么对应，我知道interrunpts 逻辑终端号是 45，中断设备是网卡，在softirqs中没有找到45这个号，里面只有网卡设备模块。准备把老师的专栏，手抄一遍，然后练习一遍，然后再理解一遍作者回复: 1. 这个只能多打几次，要连续。 2. 有设备名可以对应。
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蔡森冉2020-03-23降到agent我记得在华为云控制台要监控服务器就是安装了这个东西的作者回复: 要监控就得用有agent。
目标就是这么明确2020-03-20清晰作者回复: 多谢支持。
- 董飞2020-03-18越来越看不懂了，老师，推荐下这方面的资料。
作者回复: 这个？你就得去买本语言类的优化书看看了。
顺利2020-02-27分段拆分时间如何做呢老师，没找到前面的相应内容。有什么工具吗？作者回复: 请看《06丨倾囊相授：我毕生所学的性能分析思路都在这里了》中响应时间的拆分部分，这是一个拆分时间的思路，用的工具不局限于某一个。 比如skywalking就可以看到服务拆分的时间。
小老鼠2020-02-18打时间戳呀共 1 条评论
