一次完整的JVM NativeMemoryTracking 堆外内存泄露分析

Posted 2021-11-23 莫挨老子

Native Memory Tracking (NMT) 是Hotspot VM用来分析VM内部内存使用情况的一个功能。我们可以利用jcmd（jdk自带）这个工具来访问NMT的数据。

NMT介绍

工欲善其事必先利其器，我们先把相关需要的配置和工具介绍清楚，再通过例子来看看具体如何使用NMT。

打开NMT

NMT必须先通过VM启动参数中打开，不过要注意的是，打开NMT会带来5%-10%的性能损耗。

-XX:NativeMemoryTracking=[off | summary | detail]
# off: 默认关闭
# summary: 只统计各个分类的内存使用情况.
# detail: Collect memory usage by individual call sites.

jcmd查看NMT报告

通过jcmd查看NMT报告以及查看对比情况。

jcmd <pid> VM.native_memory [summary | detail | baseline | summary.diff | detail.diff | shutdown] [scale= KB | MB | GB]

# summary: 分类内存使用情况.
# detail: 详细内存使用情况，除了summary信息之外还包含了虚拟内存使用情况。
# baseline: 创建内存使用快照，方便和后面做对比
# summary.diff: 和上一次baseline的summary对比
# detail.diff: 和上一次baseline的detail对比
# shutdown: 关闭NMT

VM退出时打印NMT

可以通过下面VM参数在JVM退出时打印NMT报告。

-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintNMTStatistics

NMT实战

症状

某个服务（C）在客户环境使用后发现其内存占用不断变大且远超Xmx指定的大小，导致整个系统因缺少内存造成其他服务无法启动。当时查看到其RSS大约为11G，-Xmx=6G而且heap利用率不到50%。

user@hostxxx> prstat -p 2780
PID USERNAME  SIZE   RSS   STATE  PRI   NICE  TIME     CPU   PROCESS/NLWP
2780 user    11G     11G   sleep   59    0    44:16:39 0.0%  java/196

user@hostxxx> /opt/jdk1.8.0_40/bin/jstat -gcutil 2780
S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT       FGC    FGCT     GCT
0.00 100.00  90.60  46.80  98.02  97.10  11323   4049.745   11     225.345   4275.090

分析

服务通过-Xmx=6G指定最大堆分配为6G，但实际RSS已达到11G，开始怀疑堆外内存是否有内存泄露。为了有更好详细的数据，就在本地重现这个问题，并且打开了NMT持续监控。

NMT的Report如下，重点关注每个分类下的commit大小，这个是实际使用的内存大小。

6739: #进程ID

Native Memory Tracking:

Total: reserved=8491110KB, committed=7220750KB
-                 Java Heap (reserved=6293504KB, committed=6291456KB) 
                            (mmap: reserved=6293504KB, committed=6291456KB) 

-                     Class (reserved=1107429KB, committed=66189KB) 
                            (classes #11979)
                            (malloc=1509KB #18708) 
                            (mmap: reserved=1105920KB, committed=64680KB) 

-                    Thread (reserved=159383KB, committed=159383KB) 
                            (thread #156)
                            (stack: reserved=158720KB, committed=158720KB)
                            (malloc=482KB #788) 
                            (arena=182KB #310)

-                      Code (reserved=255862KB, committed=41078KB) 
                            (malloc=6262KB #9319) 
                            (mmap: reserved=249600KB, committed=34816KB) 

-                        GC (reserved=449225KB, committed=449225KB) 
                            (malloc=166601KB #1714646) 
                            (mmap: reserved=282624KB, committed=282624KB) 

-                  Compiler (reserved=395KB, committed=395KB) 
                            (malloc=265KB #856) 
                            (arena=131KB #3)

-                  Internal (reserved=146041KB, committed=146041KB) 
                            (malloc=132185KB #276370) 
                            (mmap: reserved=13856KB, committed=13856KB) 

-                    Symbol (reserved=31487KB, committed=31487KB) 
                            (malloc=29209KB #91080) 
                            (arena=2278KB #1)

-    Native Memory Tracking (reserved=33212KB, committed=33212KB) 
                            (malloc=168KB #2575) 
                            (tracking overhead=33044KB)

-               Arena Chunk (reserved=2284KB, committed=2284KB)
                            (malloc=2284KB) 

-                   Unknown (reserved=12288KB, committed=0KB)
                            (mmap: reserved=12288KB, committed=0KB) 

Virtual memory map:
......

并且在服务器上通过cron job来定期抓取NMT的report保存下来做分析，而且同时也把其对应的RSS和PMAP都抓取了一份。

COLLECTOR_PID=`ps -ef|grep "ProcessName" | grep -v grep | awk {print $2}`
OUTDIR=/opt/chkmem
HOSTNAME=`hostname`

prstat -s rss 1 1 > ${OUTDIR}/${HOSTNAME}_coll_${COLLECTOR_PID}_prstat_`date +%Y%m%d_%H%M%S`.txt

/opt/jdk1.8.0_40/bin/jcmd ${COLLECTOR_PID} VM.native_memory detail > ${OUTDIR}/${HOSTNAME}_coll_${COLLECTOR_PID}_nmd_`date +%Y%m%d_%H%M%S`.txt

pmap -x ${COLLECTOR_PID} > ${OUTDIR}/${HOSTNAME}_coll_${COLLECTOR_PID}_pmap_`date +%Y%m%d_%H%M%S`.txt

分析发现NMT中的Symbol域持续增大，从最开始的几十兆已经增加到了2G左右，而且整个jvm的内存使用量也在持续增加。见下图：

验证后发现问题和JDK8的bug非常类似，测试后也证实确实如此，最后通过升级JDK解决了这个问题。 导致这个问题的组件是Jackson Streaming API 中的 JsonFactory.Feature.INTERN_FIELD_NAMES 引起的，由于项目中需要大量解析动态json文件，并且key都被intern到JVM native 内存无法释放导致内存泄露。