怎么排查Java系統運行緩慢等問題

# 怎么排查Java系統運行緩慢等問題

## 目錄
- [一、問題現象與分類](#一問題現象與分類)
- [二、基礎環境檢查](#二基礎環境檢查)
- [三、JVM性能分析](#三jvm性能分析)
- [四、線程與鎖分析](#四線程與鎖分析)
- [五、數據庫性能排查](#五數據庫性能排查)
- [六、外部依賴與IO瓶頸](#六外部依賴與io瓶頸)
- [七、代碼級優化建議](#七代碼級優化建議)
- [八、監控體系建設](#八監控體系建設)
- [九、典型場景案例](#九典型場景案例)
- [十、總結與預防措施](#十總結與預防措施)

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## 一、問題現象與分類

### 1.1 常見表現形態
- **響應時間延長**：API接口從200ms增加到2s
- **吞吐量下降**：TPS從1000驟降到200
- **資源占用飆升**：CPU持續>90%或內存占用超過80%
- **異常波動**：白天正常但夜間定時變慢

### 1.2 問題分類矩陣
| 問題類型       | 特征指標                | 典型場景              |
|----------------|-------------------------|-----------------------|
| CPU密集型      | CPU利用率>80%          | 復雜計算/死循環       |
| IO密集型       | IO等待>30%             | 數據庫慢查詢/日志寫入 |
| 內存泄漏       | Old Gen持續增長         | 靜態集合緩存          |
| 鎖競爭         | 線程BLOCKED狀態增多     | 同步方法濫用          |
| 外部依賴瓶頸   | 網絡延遲突增           | 第三方API超時         |

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## 二、基礎環境檢查

### 2.1 系統資源監控
```bash
# Linux系統檢查
top -H -p <java_pid>  # 查看進程級資源占用
vmstat 1 5            # 檢查CPU/IO/memory上下文切換
sar -n DEV 1 3        # 網絡流量分析

2.2 JVM基礎配置驗證

// 獲取運行時參數
Runtime.getRuntime().availableProcessors(); // 核心數
ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getInputArguments(); // JVM參數

2.3 常見配置陷阱

• Xmx/Xms設置不合理：生產環境建議設置相同值避免動態調整
• GC算法選擇不當：CMS在JDK8后建議替換為G1
• 元空間溢出：-XX:MaxMetaspaceSize未設置

三、JVM性能分析

3.1 內存分析工具

jmap -histo:live <pid>       # 對象直方圖
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid>  # 堆轉儲
jstat -gcutil <pid> 1000 5   # GC實時監控

3.2 GC日志分析

# 推薦GC日志參數
-XX:+PrintGCDetails 
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:/path/to/gc.log

3.3 常見內存問題

1. Young GC頻繁：-Xmn調整新生代大小
2. Full GC耗時：檢查Old Gen對象引用
3. MetaSpace溢出：排查動態類生成

四、線程與鎖分析

4.1 線程轉儲分析

jstack <pid> > thread_dump.txt
# 使用VisualVM或fastthread.io在線分析

4.2 鎖競爭檢測

// 示例：死鎖代碼
public class DeadLock {
    static Object lock1 = new Object();
    static Object lock2 = new Object();
    
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock1) {
                sleep(100);
                synchronized (lock2) {}
            }
        }).start();
        
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock2) {
                sleep(100);
                synchronized (lock1) {}
            }
        }).start();
    }
}

4.3 并發優化方案

• 用ConcurrentHashMap替代synchronizedMap
• 考慮ReadWriteLock替代重量級鎖
• 使用ThreadLocal減少競爭

五、數據庫性能排查

5.1 SQL分析工具

-- MySQL慢查詢日志
SET GLOBAL slow_query_log = ON;
SET GLOBAL long_query_time = 1;

-- 執行計劃分析
EXPLN ANALYZE SELECT * FROM large_table WHERE unindexed_column = 'value';

5.2 連接池配置

# Spring Boot配置示例
spring:
  datasource:
    hikari:
      maximum-pool-size: 20
      connection-timeout: 30000
      leak-detection-threshold: 5000

六、外部依賴與IO瓶頸

6.1 HTTP客戶端優化

// HttpClient連接池配置
PoolingHttpClientConnectionManager cm = new PoolingHttpClientConnectionManager();
cm.setMaxTotal(200);
cm.setDefaultMaxPerRoute(50);

6.2 文件IO優化

• 使用NIO的FileChannel替代傳統IO
• 考慮內存映射文件MappedByteBuffer
• 異步寫入日志采用AsyncAppender

七、代碼級優化建議

7.1 集合使用規范

// 反面案例 - 動態擴容
List<User> users = new ArrayList<>(); 
for(int i=0; i<1e6; i++){
    users.add(getUser(i)); // 觸發多次擴容
}

// 優化方案
List<User> users = new ArrayList<>( (int)1e6 );

7.2 流式處理優化

// 低效寫法
list.stream()
    .filter(x -> x>10)
    .collect(Collectors.toList())
    .forEach(System.out::println);

// 優化為終端操作
list.stream()
    .filter(x -> x>10)
    .forEach(System.out::println);

八、監控體系建設

8.1 監控指標矩陣

九、典型場景案例

9.1 電商大促場景

現象：秒殺活動開始后系統卡死
根因： 1. 庫存查詢SQL未走索引 2. 同步鎖導致線程堆積 3. Redis連接池耗盡

解決方案： 1. 添加stock_id索引 2. 改用Redis分布式鎖 3. 連接池擴容+預熱

十、總結與預防措施

10.1 檢查清單

1. [ ] GC日志是否完整記錄
2. [ ] 線程數是否合理限制
3. [ ] SQL執行計劃是否驗證

10.2 推薦工具鏈

• Profiling：Arthas/Async-Profiler
• APM：Pinpoint/Elastic APM
• 日志分析：ELK+Filebeat

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（注：此為精簡框架，完整8000字版本需擴展各章節案例分析、數據圖表、工具截圖及具體參數調優建議）