lightweight java profiler与java flame graph初了解

了解java程序中CPU占用情况对于java程序开发，尤其是后台服务开发来说是一件必要且重要的事情。在分析高并发下服务性能压力时，需要了解程序中长时间占用CPU的程序块。这需要我们使用分析器(profiler)在java进程运行的过程中定时抽样分析。

lightweight java profiler是一种针对java的轻量级分析器，使用步骤简单，共分为两步：

1. 获得源码，make all，在build-32/build-64目录下生存liblagent.so库文件

2. 执行java程序，并将此库文件作为-agentpath加入java虚拟机选项中去

运行一段时间后退出java程序，java程序根目录下会生成跟踪文件traces.txt，里面记录了定时抽样获得的java堆栈信息。

分析器默认参数：

// Number of times per second that we profile
static const int kNumInterrupts = 100;
 
// Maximum number of stack traces
static const int kMaxStackTraces = 3000;
 
// Maximum number of frames to store from the stack traces sampled.
static const int kMaxFramesToCapture = 128;
 
// Location where the data are dumped.
static const char kDefaultOutFile[] = "traces.txt";

kNumInterrupts: 每秒钟抽取样本的次数；

kMaxStackTraces: 抽取栈的最高数量；超过此数量的栈信息将不再被记录，但重复的栈仍然会被记录；

kMaxFramesToCapture: 获取帧最大数量；意义不明，我猜测可能是栈信息层数的上限；

traces.txt中的信息如下所示：

1 12    java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.insert(ArrayBlockingQueue.java:153)
        java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.offer(ArrayBlockingQueue.java:303)
        org.apache.flume.channel.file.LogFile$RandomReader.checkIn(LogFile.java:531)
        org.apache.flume.channel.file.LogFile$RandomReader.get(LogFile.java:496)
        org.apache.flume.channel.file.Log.get(Log.java:606)
        org.apache.flume.channel.file.FileChannel$FileBackedTransaction.doTake(FileChannel.java:523)
        org.apache.flume.channel.BasicTransactionSemantics.take(BasicTransactionSemantics.java:113)
        org.apache.flume.channel.BasicChannelSemantics.take(BasicChannelSemantics.java:95)
        org.apache.flume.sink.hdfs.HDFSEventSink.process(HDFSEventSink.java:374)
        org.apache.flume.sink.DefaultSinkProcessor.process(DefaultSinkProcessor.java:68)
        org.apache.flume.SinkRunner$PollingRunner.run(SinkRunner.java:147)
        java.lang.Thread.run(Thread.java:724)
 
1 4     sun.net.www.protocol.jar.JarURLConnection.connect(JarURLConnection.java:120)
        sun.net.www.protocol.jar.JarURLConnection.getInputStream(JarURLConnection.java:150)
        java.net.URLClassLoader.getResourceAsStream(URLClassLoader.java:233)
        javax.xml.parsers.SecuritySupport$4.run(SecuritySupport.java:94)

可见记录的都是java程序运行过程中的堆栈调用信息。然而这样的结果可读性比较差，我们可以使用java flame graph来将其转化为可读结果。

java flame graph是个非常讨巧的设计。它本身不支持堆栈抽样，但是它能将抽样结果转化为特别容易理解的形式，及“火焰图”。先看一下效果：

里面各种红橙黄色没有什么意义，只是做区分用的。从最底下往上表示堆栈的层层调用。横向表明每个接口实际占用的CPU时间。我这个火焰图测试的是flume(不是flame graph)的测试结果。可以看出有两块比较占用CPU时间的地方，分别是对磁盘的读操作和写操作。是不是很直观啊。

flame graph支持多种抽样器，这里我们先了解一下java flame graph的使用方法，这也是一种比较简单的使用方式。

在上述lightweight java profiler中，我们提到抽样器生成的结果是一个很难看懂的traces.txt，而在使用java flame graph的时候，只要以下命令：

./stackcollapse-ljp.awk < ../traces.txt | ./flamegraph.pl > ../traces.svg

然后会生成一个traces.svg，调用浏览器打开就是上面那个图的样子了。这是个矢量图，所以可以随意扩大缩小；在全图下看不清的底层堆栈信息，放大到一定程度后都能看的清清楚楚。