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Spring Cloud（十）：Spring Cloud Skywalking
链路追踪组件选型
- Zipkin是Twitter开源的调用链分析工具，目前基于springcloud sleuth得到了广泛的使用，特点是轻量，使用部署简单。
- Pinpoint是韩国人开源的基于字节码注入的调用链分析，以及应用监控分析工具。特点是支持多种插件，UI功能强大，接入端无代码侵入。
- SkyWalking是本土开源的基于字节码注入的调用链分析，以及应用监控分析工具。特点是支持多种插件，UI功能较强，接入端无代码侵入。目前已加入Apache孵化器。
- CAT是大众点评开源的基于编码和配置的调用链分析，应用监控分析，日志采集，监控报警等一系列的监控平台工具。
探针性能对比:
在三种链路监控组件中，skywalking的探针对吞吐量的影响最小，zipkin的吞吐量居中。pinpoint的探针对吞吐量的影响较为明显skywalking是什么
skywalking是一个国产开源框架，2015年由吴晟开源 ， 2017年加入Apache孵化器。skywalking是分布式系统的应用程序性能监视工具，专为微服务、云原生架构和基于容器（Docker、K8s、Mesos）架构而设计。SkyWalking 是观察性分析平台和应用性能管理系统，提供分布式追踪、服务网格遥测分析、度量聚合和可视化一体化解决方案。
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下载：http://skywalking.apache.org/downloads/
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Github：https://github.com/apache/skywalking
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文档：https://skywalking.apache.org/docs/main/v9.1.0/readme/
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中文文档： https://skyapm.github.io/document-cn-translation-of-skywalking/
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版本： v9.2.0
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采集数据——》传输数据——》存储数据——》分析数据——》监控报警
Skywalking主要功能特性
- 多种监控手段，可以通过语言探针和service mesh获得监控的数据；
- 支持多种语言自动探针，包括 Java，.NET Core 和 Node.JS；
- 轻量高效，无需大数据平台和大量的服务器资源；
- 模块化，UI、存储、集群管理都有多种机制可选；
- 支持告警；
- 优秀的可视化解决方案；
Skywalking整体架构
整个架构分成四部分：
- 上部分Agent ：负责从应用中，收集链路信息，发送给 SkyWalking OAP 服务器；
- 下部分 SkyWalking OAP ：负责接收Agent发送的Tracing数据信息，然后进行分析(Analysis Core)，存储到外部存储器(Storage)，最终提供查询(Query)功能；
- 右部分Storage：Tracing数据存储，目前支持ES、MySQL、Sharding Sphere、TiDB、H2多种存储器，目前采用较多的是ES，主要考虑是SkyWalking开发团队自己的生产环境采用ES为主；
- 左部分SkyWalking UI：负责提供控制台，查看链路等等；
SkyWalking支持三种探针：
- Agent – 基于ByteBuddy字节码增强技术实现，通过jvm的agent参数加载，并在程序启动时拦截指定的方法来收集数据。
- SDK – 程序中显式调用SkyWalking提供的SDK来收集数据，对应用有侵入。
- Service Mesh – 通过Service mesh的网络代理来收集数据。
后端（Backend）
接受探针发送过来的数据，进行度量分析，调用链分析和存储。后端主要分为两部分：
- OAP（Observability Analysis Platform）- 进行度量分析和调用链分析的后端平台，并支持将数据存储到各种数据库中，如：ElasticSearch，MySQL，InfluxDB等。
- OAL（Observability Analysis Language）- 用来进行度量分析的DSL，类似于SQL，用于查询度量分析结果和警报。
界面(UI)
- RocketBot UI – SkyWalking 7.0.0 的默认web UI
- CLI – 命令行界面
SkyWalking 环境搭建部署
- skywalking agent和业务系统绑定在一起，负责收集各种监控数据
- Skywalking oapservice是负责处理监控数据的，比如接受skywalking agent的监控数据，并存储在数据库中;接受skywalking webapp的前端请求，从数据库查询数据，并返回数据给前端。- Skywalking oapservice通常以集群的形式存在。
- skywalking webapp，前端界面，用于展示数据。
- 用于存储监控数据的数据库，比如mysql、elasticsearch等。
SkyWalking APM
Java Agent搭建SkyWalking OAP 服务
1）先使用默认的H2数据库存储,不用修改配置
config/application.yml2）启动脚本bin/startup.sh
➜ apache-skywalking-apm-bin ./bin/startup.sh SkyWalking OAP started successfully! SkyWalking Web Application started successfully!- 1
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日志信息存储在logs目录
启动成功后会启动 skywalking-oap-server 和 skywalking-web-ui
skywalking-oap-server服务启动后会暴露端口，修改端口可以修改config/applicaiton.yml
- 11800 收集监控数据端口
- 12800 接受前端请求端口
skywalking-web-ui服务会占用 8080 端口， 修改端口可以修改webapp/webapp.yml
- server.port：SkyWalking UI服务端口，默认是8080；
- spring.cloud.discovery.client.simple.instances.oap-service：SkyWalking OAP服务地址数组，SkyWalking UI界面的数据是通过请求SkyWalking OAP服务来获得；
SkyWalking中三个概念
- 服务(Service) ：表示对请求提供相同行为的一系列或一组工作负载，在使用Agent时，可以定义服务的名字；
- 服务实例(Service Instance) ：上述的一组工作负载中的每一个工作负载称为一个实例， 一个服务实例实际就是操作系统上的一个真实进程；
- 端点(Endpoint) ：对于特定服务所接收的请求路径, 如HTTP的URI路径和gRPC服务的类名 + 方法签名；
SkyWalking快速开始
- 通过jar包方式接入
startup.sh
#!/bin/sh # SkyWalking Agent配置 export SW_AGENT_NAME=springboot-skywalking-demo #Agent名字,一般使用`spring.application.name` export SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=127.0.0.1:11800 #配置 Collector 地址。 export SW_AGENT_SPAN_LIMIT=2000 #配置链路的最大Span数量，默认为 300。 export JAVA_AGENT=-javaagent:/root/skywalking-agent/skywalking-agent.jar java $JAVA_AGENT -jar springboot-skywalking-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar #jar启动- 1
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java -javaagent:/root/skywalking-agent/skywalking-agent.jar -DSW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=127.0.0.1:11800 -DSW_AGENT_NAME=springboot-skywalking-demo -jar springboot-skywalking-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar- 1
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-javaagent:/root/skywalking-agent/skywalking-agent.jar -Dskywalking.agent.service_name=springboot-skywalking-demo -Dskywalking.collector.backend_service=127.0.0.1:11800- 1
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使用skywalking.+配置文件中的配置名作为系统配置项来进行覆盖。 javaagent参数配置方式优先级更高
- IDEA中使用Skywalking
在运行的程序配置jvm参数
-javaagent:/root/skywalking-agent/skywalking-agent.jar -DSW_AGENT_NAME=springboot-skywalking-demo -DSW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=127.0.0.1:11800- 1
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Skywalking跨多个微服务追踪 gateway(bug)
解决方案：拷贝agent/optional-plugins目录下的gateway插件和webflux插件到agent/plugins目录
Skywalking集成日志框架
引入依赖
<dependency> <groupId>org.apache.skywalkinggroupId> <artifactId>apm-toolkit-logback-1.xartifactId> <version>8.11.0version> dependency>- 1
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微服务添加logback-spring.xml文件，并配置 %tid 占位符
<configuration> <appender name="console" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender"> <encoder class="ch.qos.logback.core.encoder.LayoutWrappingEncoder"> <layout class="org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.TraceIdPatternLogbackLayout"> <Pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%tid] [%thread] %-5level %logger{36} -%msg%nPattern> layout> encoder> appender> <appender name="grpc-log" class="org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.log.GRPCLogClientAppender"> <encoder class="ch.qos.logback.core.encoder.LayoutWrappingEncoder"> <layout class="org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.TraceIdPatternLogbackLayout"> <Pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%tid] [%thread] %-5level %logger{36} -%msg%nPattern> layout> encoder> appender> <root level="INFO"> <appender-ref ref="console"/> <appender-ref ref="grpc-log"/> root> configuration>- 1
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Skywalking通过grpc上报日志 （需要v8.4.0以上）
gRPC报告程序可以将收集到的日志转发到SkyWalking OAP服务器上
兼容ELK 配置 Logstash
Skywalking告警通知
skywalking告警的核心由一组规则驱动，这些规则定义在config/alarm-settings.yml文件中，告警规则的定义分为三部分:
- 告警规则：它们定义了应该如何触发度量警报，应该考虑什么条件；
- 网络钩子(Webhook}：当警告触发时，哪些服务终端需要被通知；
- gRPC钩子：远程gRPC方法的主机和端口，告警触发后调用；
为了方便，skywalking发行版中提供了默认的alarm-setting.yml文件，包括一些规则，每个规则有英文注释，可以根据注释得知每个规则的作用：
- 在最近10分钟的3分钟内服务平均响应时间超过1000ms
- 最近10分钟内，服务成功率在2分钟内低于80%
- 服务实例的响应时间在过去10分钟的2分钟内超过1000ms
- 数据库访问{name}的响应时间在过去10分钟的2分钟内超过1000ms
只要我们的服务请求符合alarm-setting.yml文件中的某一条规则就会触发告警。
比如service_resp_time_rule规则：
该规则表示服务{name}的响应时间在最近10分钟的3分钟内超过1000ms
- metrics-name：度量名称，也是OAL脚本中的度量名。默认配置中可以用于告警的度量有：服务，实例，端点，服务关系，实例关系，端点关系。它只支持long,double和int类型。
- op：操作符。
- threshold：阈值。
- period：多久告警规则需要被检查一下。这是一个时间窗口，与后端部署环境时间相匹配。
- count：在一个周期窗口中，如果按op计算超过阈值的次数达到count，则发送告警
- silence-period：在时间N中触发报警后，在N -> N + silence-period这段时间内不告警。
- message：该规则触发时，发送的通知消息。
demo
- config/alarm-settings.yml
- notify
@RequestMapping("/notify") public String notify(@RequestBody Object obj) { //TODO 告警信息，给技术负责人发短信，钉钉消息，邮件，微信通知等 System.err.println(obj.toString()); return "notify successfully"; }- 1
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- log
- 控制台
参考：https://github.com/apache/skywalking/blob/master/docs/en/setup/backend/backend-alarm.md
Skywalking持久化追踪数据
基于mysql持久化
- 修改config目录下的application.yml，使用mysql作为持久化存储的仓库
- 修改mysql连接配置
storage: #选择使用mysql 默认使用h2，不会持久化，重启skyWalking之前的数据会丢失 selector: ${SW_STORAGE:mysql} #使用mysql作为持久化存储的仓库 mysql: properties: #数据库连接地址 创建swtest数据库 jdbcUrl: ${SW_JDBC_URL:"jdbc:mysql://1ocalhost:3306/swtest"} #用户名 dataSource.user: ${SW_DATA_SOURCE_USER:root} #密码 dataSource.password: ${SW_DATA_SOURCE_PASSWORD:root}- 1
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- 添加mysql驱动包
➜ apache-skywalking-apm-bin ls oap-libs/mysql-connector-java-8.0.19.jar oap-libs/mysql-connector-java-8.0.19.jar- 1
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注意：需要添加mysql数据驱动包，因为在lib目录下是没有mysql数据驱动包的，所以修改完配置启动是会报错，启动失败的。
4. 启动Skywalking 查看swtest库生成的表
同样 Elasticsearch （注意添加索引前缀 namespace）
自定义SkyWalking链路追踪
<dependency> <groupId>org.apache.skywalkinggroupId> <artifactId>apm-toolkit-traceartifactId> <version>8.11.0version> dependency>- 1
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- 在业务方法中可以TraceContext获取到traceId
@RequestMapping("/list") public List<User> list(){ //TraceContext可以绑定key-value TraceContext.putCorrelation("name", "fox"); Optional<String> op = TraceContext.getCorrelation("name"); log.info("name = {} ", op.get()); //获取追踪的traceId String traceId = TraceContext.traceId(); log.info("traceId = {} ", traceId); return userService.list(); }- 1
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- @Trace将方法加入追踪链路
如果一个业务方法想在ui界面的追踪链路上显示出来，只需要在业务方法上加上@Trace注解即可
加入@Tags或@Tag为追踪链路增加其他额外的信息，比如记录参数和返回信息
@Service public class UserServiceImpl implements UserService { @Autowired private UserMapper userMapper; @Trace @Tag(key = "list", value = "returnedObj") @Override public List<User> list() { return userMapper.list(); } @Trace @Tags({@Tag(key = "param", value = "arg[0]"), @Tag(key = "user", value = "returnedObj")}) @Override public User getById(Integer id) { return userMapper.getById(id); } }- 1
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Skywalking集群部署(oap服务高可用)
Skywalking集群是将skywalking oap作为一个服务注册到nacos上，只要skywalking oap服务没有全部宕机，保证有一个skywalking oap在运行，就能进行追踪。
搭建一个skywalking oap集群需要：
（1）至少一个Nacos（也可以是nacos集群）
（2）至少一个ElasticSearch（也可以是es集群）
（3）至少2个skywalking oap服务；
（4）至少1个UI（UI也可以集群多个，用Nginx代理统一入口）- 修改config/application.yml文件
- 使用nacos作为注册中心
- 修改nacos配置
- 可以选择性修改监听端口
cluster: selector: ${SW_CLUSTER:nacos} nacos: serviceName: ${SW_SERVICE_NAME:"SkyWalking_OAP_Cluster"} hostPort: ${SW_CLUSTER_NACOS_HOST_PORT:localhost:8848} # Nacos Configuration namespace namespace: ${SW_CLUSTER_NACOS_NAMESPACE:"public"} # Nacos auth username username: ${SW_CLUSTER_NACOS_USERNAME:""} password: ${SW_CLUSTER_NACOS_PASSWORD:""} # Nacos auth accessKey accessKey: ${SW_CLUSTER_NACOS_ACCESSKEY:""} secretKey: ${SW_CLUSTER_NACOS_SECRETKEY:""} internalComHost: ${SW_CLUSTER_INTERNAL_COM_HOST:""} internalComPort: ${SW_CLUSTER_INTERNAL_COM_PORT:-1}- 1
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- 配置ui服务webapp.yml文件的oap-service，写多个oap服务地址
- 指定微服务的jvm参数
-Dskywalking.collector.backend_service=ip1:11800,ip2:11800 - 启动微服务测试
JavaAgent
引用
-javaagent:instrument-demo/target/instrument-demo-1.0-SNAPSHOT.jarjavassist
- pom
<dependencies> <dependency> <groupId>javassistgroupId> <artifactId>javassistartifactId> <version>3.12.1.GAversion> <type>jartype> dependency> dependencies> <build> <plugins> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-jar-pluginartifactId> <version>2.2version> <configuration> <archive> <manifestEntries> <Project-name>${project.name}Project-name> <Project-version>${project.version}Project-version> <Premain-Class>com.demo.TestAgentPremain-Class> manifestEntries> archive> <skip>trueskip> configuration> plugin> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-shade-pluginartifactId> <executions> <execution> <phase>packagephase> <goals> <goal>shadegoal> goals> execution> executions> <configuration> <artifactSet> <includes> <include>javassist:javassist:jar:include> includes> artifactSet> configuration> plugin> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-compiler-pluginartifactId> <configuration> <source>6source> <target>6target> configuration> plugin> plugins> build>- 1
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FoxAgent.java
public class TestAgent { public static void premain(String args, Instrumentation instrumentation){ System.out.println("premain：获取方法调用时间"); // 添加 Transformer ClassFileTransformer transformer = new PerformMonitorTransformer(); instrumentation.addTransformer(transformer); } }- 1
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PerformMonitorTransformer.java
public class PerformMonitorTransformer implements ClassFileTransformer { private static final Set<String> classNameSet = new HashSet<String>(); static { // 直接定位 classNameSet.add("com.demo.HelloService"); // 间接定位 注解 继承关系 } @Override public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException { try { String currentClassName = className.replaceAll("/", "."); // 只增强Set中含有的类 过滤 if (!classNameSet.contains(currentClassName)) { return null; } System.out.println("transform: [" + currentClassName + "]"); CtClass ctClass = ClassPool.getDefault().get(currentClassName); CtBehavior[] methods = ctClass.getDeclaredBehaviors(); for (CtBehavior method : methods) { //增强方法 enhanceMethod(method); } return ctClass.toBytecode(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return null; } private void enhanceMethod(CtBehavior method) throws Exception { if (method.isEmpty()) { return; } String methodName = method.getName(); // 不增强main方法 if (methodName.equalsIgnoreCase("main")) { return; } // 增强@Test修饰的方法 if(null == method.getAnnotation(Test.class)){ return; } final StringBuilder source = new StringBuilder(); source.append("{") // 前置增强: 加入时间戳 .append("long start = System.currentTimeMillis();\n") // 保留原有的代码处理逻辑 .append("$_ = $proceed($$);\n") .append("System.out.print(\"method:[" + methodName + "]\");") .append("\n") // 后置增强 .append("System.out.println(\" cost:[\" +(System.currentTimeMillis() -start)+ \"ms]\");") .append("}"); ExprEditor editor = new ExprEditor() { @Override public void edit(MethodCall methodCall) throws CannotCompileException { methodCall.replace(source.toString()); } }; method.instrument(editor); } }- 1
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bytebuddy
- pom
<dependencies> <dependency> <groupId>javassistgroupId> <artifactId>javassistartifactId> <version>3.12.1.GAversion> <type>jartype> dependency> <dependency> <groupId>net.bytebuddygroupId> <artifactId>byte-buddyartifactId> <version>1.5.13version> dependency> <dependency> <groupId>net.bytebuddygroupId> <artifactId>byte-buddy-agentartifactId> <version>1.5.13version> dependency> dependencies> <build> <plugins> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-jar-pluginartifactId> <version>2.2version> <configuration> <archive> <manifestEntries> <Project-name>${project.name}Project-name> <Project-version>${project.version}Project-version> <Premain-Class>com.demo.TestAgentPremain-Class> manifestEntries> archive> <skip>trueskip> configuration> plugin> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-shade-pluginartifactId> <executions> <execution> <phase>packagephase> <goals> <goal>shadegoal> goals> execution> executions> <configuration> <artifactSet> <includes> <include>javassist:javassist:jar:include> <include>net.bytebuddy:byte-buddy:jar:include> <include>net.bytebuddy:byte-buddy-agent:jar:include> includes> artifactSet> configuration> plugin> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-compiler-pluginartifactId> <configuration> <source>6source> <target>6target> configuration> plugin> plugins> build>- 1
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TestAgent
public class TestAgent { public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) { System.out.println("premain：获取方法调用时间"); AgentBuilder.Transformer transformer = new AgentBuilder.Transformer() { @Override public DynamicType.Builder<?> transform(DynamicType.Builder<?> builder, TypeDescription typeDescription, ClassLoader classLoader) { return builder // 拦截任意方法 .method(ElementMatchers.<MethodDescription>any()) // 指定方法拦截器，此拦截器中做具体的操作 .intercept(MethodDelegation.to(TimeInterceptor.class)); } }; AgentBuilder.Listener listener = new AgentBuilder.Listener() { @Override public void onTransformation(TypeDescription typeDescription, ClassLoader classLoader, JavaModule module, DynamicType dynamicType) {} @Override public void onIgnored(TypeDescription typeDescription, ClassLoader classLoader, JavaModule module) { } @Override public void onError(String typeName, ClassLoader classLoader, JavaModule module, Throwable throwable) { } @Override public void onComplete(String typeName, ClassLoader classLoader, JavaModule module) { } }; new AgentBuilder .Default() // 指定需要拦截的类 .type(ElementMatchers.nameStartsWith("com.demo")) .transform(transformer) .with(listener) .installOn(inst); } }- 1
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TimeInterceptor
public class TimeInterceptor { @RuntimeType public static Object intercept(@Origin Method method, @SuperCall Callable<?> callable) throws Exception { long start = System.currentTimeMillis(); try { // 原方法执行 return callable.call(); } finally { System.out.println(method + ": cost " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms"); } } }- 1
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Metric Demo
- pom
<dependencies> <dependency> <groupId>javassistgroupId> <artifactId>javassistartifactId> <version>3.12.1.GAversion> <type>jartype> dependency> dependencies> <build> <plugins> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-jar-pluginartifactId> <version>2.2version> <configuration> <archive> <manifestEntries> <Project-name>${project.name}Project-name> <Project-version>${project.version}Project-version> <Premain-Class>com.demo.TestAgentPremain-Class> manifestEntries> archive> <skip>trueskip> configuration> plugin> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-shade-pluginartifactId> <executions> <execution> <phase>packagephase> <goals> <goal>shadegoal> goals> execution> executions> <configuration> <artifactSet> <includes> <include>javassist:javassist:jar:include> includes> artifactSet> configuration> plugin> <plugin> <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId> <artifactId>maven-compiler-pluginartifactId> <configuration> <source>6source> <target>6target> configuration> plugin> plugins> build>- 1
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TestAgent
public class TestAgent { public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) { //每隔5秒打印JVM内存和GC信息 Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() { @Override public void run() { Metric.printMemoryInfo(); Metric.printGCInfo(); } }, 0, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS); } }- 1
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Metric
public class Metric { private static final long MB = 1048576L; public static void printMemoryInfo() { MemoryMXBean memory = ManagementFactory.getMemoryMXBean(); MemoryUsage headMemory = memory.getHeapMemoryUsage(); String info = String.format("\nHeapMemory init: %s\t max: %s\t used: %s\t committed: %s\t use rate: %s\n", headMemory.getInit() / MB + "MB", headMemory.getMax() / MB + "MB", headMemory.getUsed() / MB + "MB", headMemory.getCommitted() / MB + "MB", headMemory.getUsed() * 100 / headMemory.getCommitted() + "%" ); System.out.print(info); MemoryUsage nonheadMemory = memory.getNonHeapMemoryUsage(); info = String.format("NonHeapMemory init: %s\t max: %s\t used: %s\t committed: %s\t use rate: %s\n", nonheadMemory.getInit() / MB + "MB", nonheadMemory.getMax() / MB + "MB", nonheadMemory.getUsed() / MB + "MB", nonheadMemory.getCommitted() / MB + "MB", nonheadMemory.getUsed() * 100 / nonheadMemory.getCommitted() + "%" ); System.out.println(info); } public static void printGCInfo() { List<GarbageCollectorMXBean> garbages = ManagementFactory.getGarbageCollectorMXBeans(); for (GarbageCollectorMXBean garbage : garbages) { String info = String.format("name: %s\t count:%s\t took:%s\t pool name:%s", garbage.getName(), garbage.getCollectionCount(), garbage.getCollectionTime(), Arrays.deepToString(garbage.getMemoryPoolNames())); System.out.println(info); } } }- 1
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/menxu_work/article/details/127866632