一次Java服务内存过高的分析过程

Posted 2023-03-07 计洋的博客

现象

年前，收到了短信报警，显示A服务的某台机器内存过高，超过80%

如上图所示，内存会阶段性增加。奇怪的是，十多台机器中只有这一台有这个问题

堆内内存分析

最先怀疑是内存泄漏的问题，所以首先使用jmap命令把堆dump下来

jmap -dump:format=b,file=service.hprof 1948

用MAT分析堆文件发现了一个奇怪的问题，下载下来7G的文件MAT显示的Size只有700M

后来知道不加live选项会把堆中所有的对象dump下来，即使是已经是垃圾的对象

参考 what are "live" objects in java heap? (heap dump with jmap)

live 选项会在讲堆内容dump到文件时，强制做一次fullGC，剩下的就是live对象，也就是从GC Root可以寻达的对象

为什么有时不能用live呢，因为fullGC可能会让应用卡主，不能接受这种情况适用不增加live选项

后来我重新使用了live选项dump下来有900M

jmap -dump:live,file=live-dump.bin <pid>

MAT的内存泄漏报告

首先用MAT的Leak Suspect看一下

看到了org.springframework.boot.loader.LaunchedURLClassLoader这个对象有240M

因为一直不太清楚live选项的原因，所以就想用其他工具看看这7G到底都是什么

IDEA自带工具分析

把hprof拖入IDEA，就可以看到上图，上面分析了所有的对象，从占用的大小就可以看出来

其中的Shallow表示的是:

对象本身占用内存的大小，也就是对象头加成员变量（不是成员变量的值）的总和

Retained表示的是：

如果一个对象被释放掉，那会因为该对象的释放而减少引用进而被释放的所有的对象（包括被递归释放的）所占用的heap大小，即对象被垃圾回收器回收后能被GC从内存中移除的所有对象之和。

具体参考一文让你理解什么是shallow heap及retained heap

我们把前几名的Shallow加起来也有好几G了

也可以点进Object[]查看这700多万的对象数组都是什么

可以看到一个占用450M的Object[10240]属于LaunchedURLClassLoader

上图中可以看到这450M中TagCateSimilarityUtils占了200M, 这是一个本地缓存，虽然占的多了一点，通过比对正常服务器的堆转储，是没有问题的

查看int[]对象时，发现了很多Retained是0的对象，也就是说这些对象已经是不可达对象，只不过还没有被回收，那是不是就是只要让这些对象回收了，内存占用就下来了

解决垃圾回收问题

上面分析中看到了很多对象没有被回收，怀疑是没有FullGC(Mixed)所以老年代中的垃圾对象，一直都没回收，看了一下JVM参数

-Xmx8g -Xms8g -Xmn4g -Xss1024K -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:G1HeapRegionSize=32m -Dfastjson.parser.safeMode=true

调整为，删除了一些默认和不生效的参数，移除了Xmn，交给G1自己调整

-Xmx8g -Xms8g  -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:G1HeapRegionSize=32m -Dfastjson.parser.safeMode=true

不过并没有解决问题，此时我发现了新的问题：

1. 按理GC完只有不到1G的对象，为什么监控中会显示内存很高呢
2. 设置了Xms=8g，按理一启动就会占用至少8G内存，监控为什么是从6G开始增长的

这个问题和虚拟内存和实际内存有关，可以参考linux top命令 实存(RES)与虚存(VIRT)详解

VIRT：

1、进程“需要的”虚拟内存大小，包括进程使用的库、代码、数据，以及malloc、new分配的堆空间和分配的栈空间等；
2、假如进程新申请10MB的内存，但实际只使用了1MB，那么它会增长10MB，而不是实际的1MB使用量。

RES:

1、进程当前使用的内存大小
2. 如果申请10MB的内存，实际使用1MB，它只增长1MB，与VIRT相反；

监控显示的内存是实际占用的内存，Xms设置的是虚拟内存，参考降低 Java 程序的“虚拟内存地址”占用

可以看出 Java Heap 与 Metaspace 紧挨着分配，两块一共占用了 3GB 的 Size（虚拟内存地址空间），而表征物理内存占用的 Rss 却只有 673288KB。也就是说，mmap 只是给进程分配一个线性区域（虚拟内存），并没有分配物理内存，只有当进程访问这块内存时，操作系统才会分配具体的内存页给进程，这就是 Linux 内存管理的延迟分配策略

内存一旦被分配给Java程序，就不会还给操作系统了，所以监控看起来内存就是只增不减，个人理解这样对于Java程序也是有好处的，不用频繁申请内存，对于垃圾的区域标记然后就可以重新写了

Java也存在JVM参数-XX:+AlwaysPreTouch 来实现启动就把堆内存全都申请到

为了抵消延迟分配策略，在进程启动时强制分配好 Java Heap 的物理内存，虽然增加了启动延时，但是可以减少进程运行时由于分配内存造成的延时

总结

堆内内存是正常的，不存在内存泄漏，只是正常的内存使用增长

堆外内存分析

在搜索LaunchedURLClassLoader内存泄漏问题时，看到了Spring Boot引起的“堆外内存泄漏”排查及经验总结，学到了如何进行堆外内存分析

一次完整的JVM堆外内存泄漏java故障排查记录也是一篇值得学习的如何分析堆外内存的文章

不过我们问题产生的原因和上面的不一致

使用pmap分析应用的内存占用，但不太容易看出是什么占用了内存

pmap -x 1927 | sort -k3 -r -n

JVM的NativeMemoryTracking参数会看到更详细，不过需要重启，而且会有5%-10%的性能损耗

// 写在启动参数上面
-XX:NativeMemoryTracking=detail

// 生成内容在下图中
jcmd 1927 VM.native_memory detail scale=MB > temp3.txt

经过对堆外内存的观察，发现确实有一些比较高，例如线程占700M，发现了有很多不必要的线程，但不是随着时间不断增加的

上图中的Total一行的commited=9788MB，表示Java应用程序堆内加堆外内存最大可达这么多，这么一算12 * 0.8 = 9.6G，确实超了报警阈值

这样看来，堆外内存也没有问题，是Xmx和内存阈值设置的不匹配，导致内存正常使用的情况下报警了，也是没有合理预估堆外内存占用的原因，堆外占了快2G的内存

将报警阈值调到85%，发现内存在周期性的增长和减少，并不会超过阈值，如下图

总结

服务的内存使用情况是正常的，无论是堆内还是堆外内存，需要做的是设置合理的堆内存大小，预估堆外内存大小，合理设置报警阈值

通过这次分析也学习了如何对Java程序内存进行分析，也学习了很多工具

• MAT
• GC在线分析工具

也意思到监控工具的重要性，在看别人分析的过程中，一般都会对JVM资源进行监控，这样就能很明显看出资源的动态，因为我们目前没有这样的工具，所以分析起来就比较麻烦

附

前面提到其中只有一台机器有这个现象，还没有找到原因，不过有几个现象：

1. 内存增长快
2. 部分日志大小比其他机器大
3. 耗时每隔一段时间会增加

对比日志发现是Redis超时比较多，所以怀疑可能是机器网络的问题，不过目前还无结论

参考

[1] 一文让你理解什么是shallow heap及retained heap
[2] linux top命令 实存(RES)与虚存(VIRT)详解
[3] 降低 Java 程序的“虚拟内存地址”占用
[4] 一次完整的JVM堆外内存泄漏java故障排查记录
[5] Spring Boot引起的“堆外内存泄漏”排查及经验总结

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