高并发服务优化篇：详解一次由读写锁引起的内存泄漏

Posted 2021-09-06 Hollis Chuang

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了高并发服务优化篇：详解一次由读写锁引起的内存泄漏相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

JVM相关的异常，一直是一线研发比较头疼的问题。因为对于业务代码，JVM的运行基本算是黑盒，当异常发生时，较难直观的看到和找到问题所在，这也是我们一直要研究其内部逻辑的原因。

本篇就由一个近期线上JVM内存泄漏的例子，带大家强行分析一波~

Part1线上服务器报警了

某天，同事来找我帮忙，原来是某系统毫无征兆的来了一连串报警，一波机器的老年代内存占用率超过阈值~

1.1先看表现

老年代内存占用

可以看到，在7月中旬之前，内存占用还是比较正常的，每次GC都可以回收掉很大一部分的老年代对象。

而中旬之后，老年代内存一直缓慢增长而无法释放。很明显，应该是对象没法被正常回收导致。

内存泄漏了~

1.2怎么办呢

如果是刚上线的项目爆出了此类问题，因为影响面比较小，可以直接先回滚代码，止血为第一要务。

不过，这个项目明显已经上线N多天，中间还不知道上过多少需求，而且，既然流量近期有上涨导致问题出现，说明，已经对客开流量了。

回滚是不可能了，抓紧时间定位问题，上线修复吧。

Part2定位问题

一般的步骤：

拿到dump文件
用MAT等工具，找出内存占用过多的异常对象，以及引用关系
分析异常对象关联代码的可能问题

不过，因为这次dump下来的文件十多G，太大的，MAT基本无能为力，只能打印出来人工分析了

2.1定位问题代码

jmap结果查看

很幸运，异常对象非常明显。Point对象和GeoDispLocal对象，居然多达好几百万实例数，那就先看下代码中这两个对象是怎么用的。

private static final CacheMap<String, List<GeoDispLocal>> NEAR_DISTRICT_CACHE = new CacheMap<String, List<GeoDispLocal>>(3600 * 1000, 1000);

private static final CacheMap<Integer, Point> LOCAL_POINT_CACHE = new CacheMap<Integer, Point>(3600 * 1000, 6000);

都是被存放在本次缓存CacheMap中(内存泄漏的一个常见原因，就是因为被静态集合持有，无法回收导致)，而dump文件中的CacheMap.Entry也是非常高的。

CacheMap就是我们的第一优先怀疑对象了。先看下这个缓存类是怎么回事：

public class CacheMap<K, V> {
    private final long expireMs;
    private LRUMap<K, CacheMap.Entry<V>> valueMap;
    //其他略
}

内部依赖一个带LRU功能的map，怎么实现的呢:

public class LRUMap<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private final int maxCapacity;
    // 这个map不会扩容
    private static final float LOAD_FACTOR = 0.99f;
    private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public LRUMap(int maxCapacity) {
        super(maxCapacity, LOAD_FACTOR, true);
        this.maxCapacity = maxCapacity;
    }

    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) {
        return size() > maxCapacity;
    }

    @Override
    public V get(Object key) {
        try {
            lock.readLock().lock();
            return super.get(key);
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    @Override
    public V put(K key, V value) {
        try {
            lock.writeLock().lock();
            return super.put(key, value);
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }
    //remove clear 略
}

内部是一个依赖LinkedHashMap实现的LRU缓存。看注释，目的是要构建一个限定容量、且不会进行扩容的MAP（百度了一波，和网上的实现一模一样~）。那么，实际情况真的和想象中的一样么？。

2.2LinkedHashMap实现的LRUMap好使么

我们来看容量和扩容相关的设置：为什么设计者认为该LRUMap不会进行扩容？

//**把容量和扩容相关的参数摘出来**
//用户期望的最大容量
private final int maxCapacity;
//加载系数
private static final float LOAD_FACTOR = 0.99f;
//构造函数中调用LinkedHashMap进行初始化
super(maxCapacity, LOAD_FACTOR, true);

@Override  //复写删除最久元素条件方法
protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) {
   //当LinkedHashMap.size 比 我们限定容量大时，执行删除
   return size() > maxCapacity;
}

按我们的实际使用实例化一下：

maxCapacity=6000，是我们希望的最大元素容量。
load_factor=0.99 加载因子。
Map内部threshold=8192*0.99=8110，是那么下次扩容时的容量大小。（map中table容量的真实大小是离6000最近的2的N次幂，即8192）。

因为复写了LRU条件函数，当size>6000时会进行LRU替换。因此，理论上，size永远不会达到8110。

怎么解决并发下的读写冲突呢？

//读写锁
private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
 
public V get(Object key) {
   try {
       lock.readLock().lock();
       return super.get(key);
   } finally {
       lock.readLock().unlock();
   }
}

public V put(K key, V value) {
   try {
      lock.writeLock().lock();
      return super.put(key, value);
   } finally {
      lock.writeLock().unlock();
   }
}

设计者为了解决并发下的读写冲突，给查询和修改方法加了锁，为了兼顾性能，使用了读写锁：在get的时候加读锁，在put/remove的时候加写锁。

看起来，整个设计很好的解决了LRUMap的固定容量和并发操作问题，那么事实是什么样的呢？

其实，这个问题很早就有人分析过了^[1] ，是因为LinkedHashMap在get读操作的时候，会为了维护LRU从而进行元素修改，即将get到的元素转移到链表最后。这样，就导致了读写并发问题，但这个解释感觉朦朦胧胧，因此，我决定在其基础上对读写并发问题再讲细致一些。