使用Arthas生成火焰图分析性能瓶颈
摘要：通过Java应用诊断利器Arthas生成火焰图并快速诊断系统性能瓶颈。当你握紧Arthas这把手术刀，每一次线上危机都是展示技术深度的舞台。
综述
有次被借调到其它项目组负责重大版本迭代，涉及改动点非常多，开发完成后为了查看系统性能而进行压测，但是压测报告显示存在Full GC问题，由于欠缺解决Full GC问题的快速响应能力，被项目组负责人百般刁难，想着法的PUA。痛定思痛，亡羊补牢，故总结了如何用Arthas（阿尔萨斯）快速诊断线上如下四个常见问题：
- 不知道哪儿慢：即不知道哪个函数占用大量 CPU 时间。
- 不知道谁是瓶颈：即不知道哪个方法被频繁调用导致性能问题，如存在锁竞争的热点函数大概率是瓶颈。
- 不知道为何输出结果不符合预期。
- 不知道系统应用为什么出现FULL GC。
希望本文对刚刚接触系统慢、系统卡或者Full GC问题的读者有所帮助。相对于传统工具，Arthas 有三大降维打击优势：
- 代码无侵入诊断：不需要在程序中进行额外配置，更不需要手动埋点。
- 功能强大：Arthas 提供了四十多种命令，从查看线程调用链，到查看输入输出，再到反编译代码等，应有尽有。
- 占用CPU低：Arthas占用CPU百分比低，而CPU使用率飙高时根本打不开JProfiler。
攥指成拳固然能聚合力，但也需要每根指头都发挥作用，每个部分都找准位置。使用 Arthas 生成火焰图可以帮助我们全方位快速诊断 Java 应用的性能瓶颈，精细化扫描 CPU 热点代码的位置。下面介绍生成火焰图的详细步骤，假如需要了解更多Arthas信息，请移步官方文档传送门。
判断是否已安装 Arthas
运行以下命令查看 Arthas 版本：
$ java -jar arthas-boot.jar --version
Error: Unable to access jarfile arthas-boot.jar
从上述执行结果得知返回的是 Unable to access jarfile，而不是版本号，表示没有安装 Arthas，故需要安装；否则，直接运行即可。返回版本号时，终端执行结果如下：
$ java -jar arthas-boot.jar --version
[INFO] JAVA_HOME: /opt/java/openjdk/jre
[INFO] arthas-boot version: 4.0.5
Local versions:
Remote versions:
4.0.5
...
下载和安装 Arthas
如果还没有安装 Arthas，可以通过以下命令下载，分分钟接入生产环境：
Arthas是一个jar包，下载后直接在根目录下运行java -jar arthas-boot.jar命令启动已经安装的Arthas：
$ java -jar arthas-boot.jar
[INFO] JAVA_HOME: /opt/java/openjdk/jre
[INFO] arthas-boot version: 4.0.5
[INFO] Found existing java process, please choose one and input the serial number of the process, eg : 1. Then hit ENTER.
* [1]: 1 /com.example.MyApp-0.0.1-SNAPSHOT.jar
Found existing java process, please choose one and input the serial number of the process, eg : 1. Then hit ENTER的意思是arthas可以自动识别Java进程，我们在选择进程号后单击回车键即可。
选择目标进程
Arthas启动后会自动扫描当前运行的 Java 进程，输入对应的进程编号并单击回车键即可选中你要分析的应用。输入进程号 1 并回车就是选择目标 com.example.MyApp。此时此刻就会安装arthas：
// 首次启动时，需要下载arthas，再次启动就没有downloading提示了
[INFO] File size: 13.75 MB, downloaded size: 13.70 MB, downloading ...
[INFO] Download arthas success.
[INFO] arthas home: /root/.arthas/lib/4.0.5/arthas
[INFO] Try to attach process 1
Picked up JAVA_TOOL_OPTIONS:
[INFO] Attach process 1 success.
[INFO] arthas-client connect 127.0.0.1 3658
,---. ,------. ,--------.,--. ,--. ,---. ,---.
/ O \ | .--. ''--. .--'| '--' | / O \ ' .-'
| .-. || '--'.' | | | .--. || .-. |`. `-.
| | | || |\ \ | | | | | || | | |.-' |
`--' `--'`--' '--' `--' `--' `--'`--' `--'`-----'
wiki https://arthas.aliyun.com/doc
tutorials https://arthas.aliyun.com/doc/arthas-tutorials.html
version 4.0.5
main_class /com.example.MyApp-0.0.1-SNAPSHOT.jar -Dfile.encoding=utf-8
--spring.profiles.active=test
pid 1
start_time 2025-08-04 02:17:15.480
currnt_time 2025-08-04 03:07:06.750
[arthas@1]$
使用profiler生成火焰图
在一个Java应用中使用 Arthas 的 profiler 命令生成火焰图（Flame Graph）。执行Arthas 的 profiler 命令可以生成火焰图，支持 CPU 和内存分析。通过该命令可以轻轻松松地获取Java应用的运行状态和热点分布，帮助你快速定位问题并制定优化方案。执行以下命令开始 CPU 采样：
[arthas@1]$ profiler start
Profiling started
上述命令表示启动Profiler，在默认的情况下生成CPU的火焰图；如果你需要分析内存分配情况，可以使用如下命令：
$ profiler start -e alloc
等待采样完成。默认情况下，Arthas 会持续采样，直到你手动停止。可以设置倒计时只采集一段时间（例如 30 秒或 1 分钟），倒计时结束时自动停止采样。例如执行以下命令表示采样300秒并生成火焰图：
[arthas@1]$ profiler start -d 300
Profiling started
profiler will silent stop after 300 seconds.
profiler output file will be: /arthas-output/20250804-031051.html
生成的火焰图默认是一个 .html 文件，保存到应用工作目录下的arthas-output文件夹，并在控制台输出文件保存路径。也可以使用format命令指定生成HTML格式的文件，只需要在stop后面输入-format html就可以了，语法糖如下：
[arthas@1]$ profiler stop -format html
OK
profiler output file: /arthas-output/20250804-031053.html
这时会生成一个html的文件 /arthas-output/20250804-031053.html，把火焰图从服务器下载到本地后可以通过浏览器直接打开后，能看到这样的结构：
查看火焰图
火焰图（Flame Graph）是一种用于透视函数调用栈的工具，它将函数调用关系以图形化的方式展示出来，帮助开发者更直观地理解程序的执行流程。在火焰图中，每一个矩形条代表一个函数调用的栈帧，矩形的宽度表示该函数调用的时间占比，颜色则可以根据需要进行自定义。
下面介绍如何解读火焰图X轴与Y轴的含义。
X 轴：表示函数采样次数的分布，也可以理解为CPU时间的分布比例。某个函数在采样中出现次数越多宽度越宽，说明该函数被采集的次数越多，占用的CPU时间越长。各个函数按字母顺序排列，没有时间上的先后关系。
Y 轴：表示调用栈层级，每一层代表一个函数。调用栈越深，火焰就越高，顶部显示的是当前正在执行的函数，而下方则是它的父函数。
颜色：不同颜色表示不同的函数，颜色没有特殊含义，主要是为了区分。因为火焰图表示的是cpu的繁忙程度，所以一般选择暖色调。
通过火焰图可以快速定位性能瓶颈。主要看火焰图顶层的函数，占据宽度最大的函数就可能存在性能瓶颈，需要对它进行一个深度的性能分析，通过逻辑优化尽最大可能削去平顶。
🛠️常用选项
profiler：生成热点火焰图。
profiler start -d 30: 开始对应用中当前执行的活动采样 30 秒，采样结束后默认会生成 HTML 文件
分析内存分配：如果你想分析内存分配，可以使用profiler start -e alloc。
profiler -h：查看帮助选项。
profiler list：展示支持的全部事件。
profiler status：打印采样功能已经运行了多少秒，只能在采样期间执行。
profiler getSamples：查询已经获取的样本数量，只能在采样期间执行。
jad：反编译指定已加载类的源码。
trace：查看方法调用链路上每个节点的耗时。
watch：查看方法请求参数和返回值等。
memory：查看 JVM 的内存信息。
sysenv：查看 JVM 的环境变量。
quit或exit：退出当前监控的进程，不会影响其他进程监控。
stop：停止所有监控和跟踪并退出Arthas。
dashboard：查看当前进程的实时数据面板。
thread：查看当前线程信息，包括堆栈信息。
sysprop：查看和修改JVM的系统属性。
sysenv：查看JVM的环境变量。
cls：清空当前屏幕区域的内容。
示例
下面梳理出一个完整的、生成火焰图的示例：
// 启动 Arthas
$java -jar arthas-boot.jar
// 选择目标 Java 进程（例如输入 1）并单击回车键
1
[arthas@1]$ profiler status// 查询当前的采样状态
Profiler is not active
[arthas@1]$ profiler start// 开始 CPU 采样
Profiling started
[arthas@1]$ profiler status
Profiling is running for 5 seconds
[arthas@1]$ profiler getSamples
82
[arthas@1]$ profiler stop // 等待一段时间后停止采样并生成火焰图
OK
profiler output file: /arthas-output/20250801-031533.html
[arthas@1]$ profiler list
Basic events:
cpu
alloc
nativemem
lock
wall
itimer
ctimer
Java method calls:
ClassName.methodName
希望这个案例能帮助你顺利生成火焰图并分析和解决应用性能问题！使用过程中，需要注意以下事项：
- 性能影响：火焰图是通过采样生成的，频繁使用可能会影响应用性能，建议在测试环境中使用。
- 文件下载：生成的火焰图需要从服务器下载到本地才能查看。
- 权限问题：确保你有权限访问目标 Java 进程和生成文件的目录。你如果没有权限，就去求助运维。
CPU使用率高
CPU 是程序运行的核心计算资源，一旦出现 CPU 使用率过高的现象，必定对大部分用户的访问耗时产生影响。针对这类问题亟需快速定位出有问题的线程，并获取该线程当前执行的代码位置。虽然使用 top + jstack 命令可以定位这类问题，但是Arthas 提供了更便捷的一体化工具dashboard，用于查看当前系统的实时数据面板。
# 调用线程看板，并刷新数据三次
[arthas@1]$ dashboard -n 3
执行结果如下：
dashboard 刷新三次后，就要找出 CPU 占用最高的用户线程的 ID进行把脉。示例中没有异常线程，我们用命令thread 31 看看线程31执行情况：
当线程调用 AbstractQueuedSynchronizer 的方法awaitNanos()或await()时，会进入TIMED_WAITING状态。此时线程会暂停执行，直到超时或有条件的被触发。这种机制常用于定时任务、资源竞争等场景。
jad字节码文件反编译成源代码
验证本地修改的代码是否推送到线上环境。有些时候你会发现测试环境一切正常，但生产环境就报错了。这类问题主要靠做好上线流程的管控，问题根源可能是打包的依赖库出现冲突，造成程序行为不一致；也可能是没有把最新代码发到线上。接下来，我们看看怎么用 Arthas 命令jad反编译字节码文件为Java源代码并查看是否存在发错版本问题。
在Arthas中，jad命令提供了多种参数以满足不同场景的诉求。我们以Java类java.lang.String为例，演示如何使用jad进行反编译。
# 快速反编译整个类文件
jad java.lang.String
# 显示行号，调试利器
jad --lineNumber true java.lang.String
jad可以用于精准反编译指定函数：如 jad java.lang.String hashCode 仅反编译java.lang.String类的hashCode方法：
如果您想要反编译特定类的某个方法并保存反编译结果到指定目录，您可以这样操作：
jad --source-only packageName.MyClass myMethod -d /path/to/save/directory/myMethod.java
这将只显示在package为packageName的类MyClass中方法名为myMethod的源代码，并且不会包含行号信息，同时将反编译过程中产生的临时class文件保存到/path/to/save/directory。
stack 输出方法被调用的调用路径链
命令stack用于输出指定方法被调用的调用路径。开发过程中，经常遇到一个核心方法被多个方法调用，导致执行的路径非常多，不知道这个方法是从哪里被执行；如果想知道被谁调用了，就可以使用stack。语法糖如下：
stack packageName.MyClass myMethod
trace
trace：追踪方法内部调用，即输出指定方法内每个调用节点上的耗时, 每次只能跟踪一级方法的调用链路，不能追踪子函数的耗时情况。语法糖：
// 统计myMethod的调用路径耗时
trace packageName.MyClass myMethod
// 根据调用耗时，找出大于200ms的调用路径
trace packageName.MyClass myMethod '#cost>200'
如果一个函数耗时非常高，会高亮展示。下图中一个函数的执行耗时占整体的99.85%，所以，高亮展示了：
例如用trace查看traceTest的耗时情况时，无法追踪到doSth101()的耗时。
package
public void traceTest() {
doSth1();
doSth2();
doSth3();
doSth5();
}
public void doSth1() {
doSth100();
doSth101();
}
性能分析
遇到性能问题时，不要囿于思维局限，请跳出自家的“一亩三分地”，按照以下步骤排查：
# 1. 概览全局，寻找蛛丝马迹
dashboard -i 5000
# 2. 生成火焰图定位CPU热点
profiler start
profiler stop
# 3. 追踪慢方法
trace *StringUtils substring '#cost>100'
# 4. 免重启热更新（大神展示技术深度的舞台，小白不要碰，别搞砸了线上环境）
redefine 把新生成的字节码文件在内存中执行
破解线程阻塞之谜。如果遇到线程阻塞问题，可以使用thread排查：
# 1. 查看线程状态分布
thread -b # 显示阻塞线程
# 2. 监控锁竞争情况
watch java.util.concurrent.locks.ReentrantLock getQueueLength
总结
本文介绍了一些arthas常用命令的参数和具体使用方法，帮助大家进一步掌握arthas的使用，成为java在线诊断高手。Arthas能力矩阵：
| 问题类型 | 核心命令 | 备注 |
|---|---|---|
| 宏观把脉 | dashboard | 概览 |
| 定位CPU热点 | profiler start/stop | 生成火焰图 |
| 方法级追踪 | trace/watch | 精确到毫秒的性能分析 |
| 线程诊断 | thread/thread -b | 秒级定位线程阻塞源头 |
| 内存分析 | heapdump/vmtool | 不触发GC的内存快照 |
| 动态修复 | jad/redefine | 免重启热更新 |
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Reference
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