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。

目录

• 综述
• 判断是否已安装 Arthas
• 下载和安装 Arthas
• 生成CPU火焰图
• 查看CPU火焰图
• 生成内存分配火焰图
• CPU 使用率飙高
• 接口响应慢请求卡顿
• 内存泄漏
• 🛠️常用选项
• 示例
• CPU使用率高
• jad字节码文件反编译成源代码
• stack 输出方法被调用的调用路径链
• trace
• 性能分析
• 总结
• Reference

综述

  有次被借调到其它项目组负责重大需求迭代，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。你是否如我这版在职场邂逅PUA？欢迎在评论区畅所欲言。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：

1. 不知道哪儿慢：即不知道哪个函数占用大量 CPU 时间，CPU 使用率过高。
2. 不知道谁是瓶颈：即不知道哪个方法被频繁调用导致服务出现性能问题，如存在锁竞争的热点函数大概率是系统瓶颈。
3. 不知道为何输出结果不符合预期。
4. 不知道系统应用为什么频繁出现FULL GC，而且GC后回收的空间很小。

  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 Arthas 即可。返回版本号时，终端执行结果如下：

$ java -jar arthas-boot.jar --version
Picked up JAVA_TOOL_OPTIONS:  -javaagent:/home/admin/.opt/AliyunJavaAgent/aliyun-java-agent.jar -Doneagent.plugin.arms-agent.enabled=true -Darms.licenseKey=efwsi75gij@ff5c382fd39f5e7 -Darms.agent.env=ACSK8S -Darms.agent.podinfo.path=/etc/podinfo -Darms.appId=efwsi75gij@68ea36d60a72988 -Daliyun.javaagent.regionId=eu-central-1 -Dmse.enable=true -Dmse.licenseKey=efwsi75gij@c97ae90801008ca -Dmse.appId=efwsi75gij@68ea36d60a72988 -Dmse.appName=hisavana-prod-hisavana-traffic-dispatch -Dmse.namespace=default
[INFO] JAVA_HOME: /opt/java/openjdk/jre
[INFO] arthas-boot version: 4.1.8
[INFO] JAVA_TOOL_OPTIONS:  -javaagent:/home/admin/.opt/AliyunJavaAgent/aliyun-java-agent.jar -Doneagent.plugin.arms-agent.enabled=true -Darms.licenseKey=efwsi75gij@ff5c382fd39f5e7 -Darms.agent.env=ACSK8S -Darms.agent.podinfo.path=/etc/podinfo -Darms.appId=efwsi75gij@68ea36d60a72988 -Daliyun.javaagent.regionId=eu-central-1 -Dmse.enable=true -Dmse.licenseKey=efwsi75gij@c97ae90801008ca -Dmse.appId=efwsi75gij@68ea36d60a72988 -Dmse.appName=hisavana-prod-hisavana-traffic-dispatch -Dmse.namespace=default
Local versions:
Remote versions:
 4.1.8
 4.0.5
 ...

下载和安装 Arthas

  如果还没有安装 Arthas，请通过以下命令下载启动引导包，分分钟接入生产环境：

curl -O https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar

  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：

  【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已经完成自动扫描当前系统上正在运行的所有 Java 进程并识别到Java进程，请在选择进程号后单击回车键，选中你要生成火焰图进行分析的应用。输入进程号 1 并回车就是选择目标进程。关键日志信息如下：

pid          1                                                                  
start_time   2026-04-20 02:50:36.032 -->服务部署时间
current_time 2026-04-21 01:38:40.923 -->当前时间

[arthas@1]$ 

温馨提示，arthas依赖下载发生在首次执行 java -jar arthas-boot.jar 时。当你第一次运行它时，它会自动从远程仓库下载完整的 Arthas 依赖到本地，然后接入到你选择的 Java 进程上，从而可以在不重启、不修改代码的情况下对该进程进行诊断和调试，帮助我们完成性能瓶颈分析。

生成CPU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，生成CPU的火焰图。启动后等待采样完成即可。默认情况下，Arthas 会持续采样，直到你使用命令 profiler stop 手动停止。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/20260421-031053.html

  这时会生成一个html的文件/arthas-output/20260421-031053.html。可以设置只采集一段时间（例如 30 秒或 1 分钟），倒计时结束时自动停止采样并生成CPU火焰图HTML文件。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/20260421-031051.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。把火焰图从服务器下载到本地并通过浏览器直接打开后，能看到这样的结构：

如果需要生成结构化的 Markdown 报告，便于直接复制到当今风靡全球的大语言模型（Large Language Model，缩写LLM），请使用如下命令：

profiler start -d 300 --format md 

查看CPU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。

生成内存分配火焰图

  内存分配火焰图（Memory Allocation Flame Graph）适合在哪些场景使用？它使用于排查系统频繁full GC、内存泄漏、高内存分配代码、对象频繁创建等场景。如果你需要分析Java应用程序在运行时的内存分配行为，可以使用如下命令：

# 第1步：启动内存信息采样，设置5分钟自动停止采样
[arthas@1]$ profiler start -e alloc --duration 300
Profiling started
profiler will silent stop after 300 seconds.
profiler output file will be: /arthas-output/20260420-013900.html
# 第2步：按照控制台提示静悄悄的等待5分钟，期间执行业务，查看其它监控指标

# 第3步：下载采样后生成HTML文件，然后分析系统内存瓶颈

说明：

• --duration 300 会让采样在5分钟后自动停止
• 在项目根目录文件夹arthas-output中自动生成HTML格式的内存火焰图，不必手动执行 profiler stop

  下面看看如何解读内存分配火焰图：

• X 轴（宽度）：代表内存分配量，越宽表示分配越多；

• Y 轴（高度）：代表调用栈深度，从下往上是调用顺序；

  重点关注：顶部宽大的“平顶”代表直接分配内存的地方，如果发现异常宽的分支，则可能存在过度分配或数据处理问题。

CPU 使用率飙高

  使用如下thread命令显示 CPU 使用率 Top 5 的线程堆栈，间隔3秒后进行第二次采样：

thread -n 5 -i 3000

  -i 3000 就是让 Arthas 观察 1 秒再告诉你各个线程 CPU 消耗情况，结果比默认采样周期更精准。从上述命令找到可能出问题线程id（如 782）后，执行如下命令查看完整堆栈信息，定位此线程是否存在问题：

thread 782

如果确认它是罪魁祸首，则顺藤摸瓜深挖问题代码，快速定位死循环、正则回溯或者频繁 GC 等问题。

接口响应慢请求卡顿

  如果用户反馈页面打不开、接口频繁超时，则使用如下命令排查：

• trace 命令追踪方法调用路径及耗时（如 trace com.example.Service method）

• watch 监控方法入参/返回值

• stack 查看方法被谁调用（调用链）

快捷定位数据库慢查询、外部 API 超时、锁竞争等瓶颈。

内存泄漏

在服务内存持续增长，垃圾回收（GC）无法有效释放内存导致频繁 Full GC时，可以使用命令 dashboard 实时查看 JVM 内存、GC、线程状态。它是 Arthas 的实时监控面板命令，类似 Linux 的 top命令。

指标	含义
Memory	JVM 内存使用情况快照（堆、非堆、Eden、Survivor、Old 区）
GC	GC 次数和耗时（Young GC / Full GC）
Thread	线程总数、活跃线程、Daemon 线程等
Runtime	JVM 启动时间、系统负载、CPU 核心数、类加载数等
Top Threads	CPU 使用率最高的前几个线程（带堆栈摘要）

执行dashboard后，默认每5秒刷新一次，按键盘 Ctrl + C 可以停止刷新，返回 Arthas 命令行。

Full GC 频繁说明内存压力大或者垃圾回收器配置不合理。CPU 占用极高的线程可能死循环或热点方法，需要重点关照。如果Old 区 GC 后仍不回落，则说明存在强烈地内存泄漏。

命令	作用
dashboard -i 2000	每 2 秒刷新一次（单位：毫秒）
dashboard -n 10	刷新 10 次后自动退出
dashboard -i 3000 -n 5	每 3 秒刷新一次，共刷新 5 次后主动退出

🛠️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/20260801-031533.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

  感谢大家阅读到最后，如文章有不足，欢迎大家在评论区留言，给予意见。如果觉得我的文章对你有帮助，那就给我点个赞吧。

Reference

• https://developer.aliyun.com/article/1084285
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/670376025
• https://www.zhihu.com/question/457177025/answer/1929488606327731049
• https://mbd.baidu.com/newspage/data/dtlandingsuper?nid=dt_4308419327658693572&sourceFrom=search_a