东方龙马 | 慎用java.lang.ref.SoftReference实现缓存

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  在JVM内部内部结构实现缓存容器,东方龙马认为最麻烦的事情是要对缓存大小进行控制。为啥原先说?当亲们缓存的是一些值对象(ValueObject)时,一有另二个难点是计算你这个些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并那末 赋予亲们通过简单的调用即可获得对象(及其引用)大小的能力。当然,有可是你通过ObjectOutputStream又不可能 自定义的土最好的办法将对象转加带二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,有可是带来的一有另二个难题报告 是对象的序列化与反序列化带来的开销。

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)的老会 老会 出现似乎给开发者带来了美好的前景。关于Java编程中的引用,粗略介绍如下:

  1.强引用

  这是使用最普遍的引用。不可能 一有另二个对象具有强引用,那就类似 于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不想回收它。当内存空 间缺陷,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使系统进程异常终止,可是 会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存缺陷难题报告 。

  强引用的例子:土最好的办法局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,可是 所有GC Root引用可达的前要强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  不可能 一有另二个对象只具有软引用,那就类似 于可有可无的生活用品。不可能 内存空间足够,垃圾回收器就不想回收它,不可能 内存空间缺陷了,就会回收哪些地方地方对象的内存。倘若垃圾回收器那末 回收它,该对象就还会 被系统进程使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用还会 和一有另二个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,不可能 软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  不可能 一有另二个对象只具有弱引用,那就类似 于可有可无的生活用品。 弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器系统进程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够是有无,还会回收它的内存。不过,不可能 垃圾回收器是一有另二个优先级很低的系统进程, 有可是不还会调快发现哪些地方地方只具有弱引用的对象。

  弱引用还会 和一有另二个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,不可能 弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

  4.虚引用(PhantomReference)

  "虚引用"顾名思义,可是 形同虚设,与一些几种引用前要同,虚引用何必 会决定对象的生命周期。不可能 一有另二个对象仅持有虚引用,那末 它就和那末 任何引用一样,在任何可是 前要可能 被垃圾回收。

  虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一有另二个区别在于:虚引用前要和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收一有另二个对象时,不可能 发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存可是 ,把你这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。系统进程还会 通过判断引用队列中是 否不可能 加入了虚引用,来了解被引用的对象是有无将要被垃圾回收。系统进程不可能 发现某个虚引用不可能 被加入到引用队列,那末 就还会 在所引用的对象的内存被回收可是 采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,老会 返回null。

  java.lang.ref你这个包(有点硬是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出难题报告 的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗太多时要怎样快速地释放内存,可是 担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实岂前要那末 么?让亲们来看一有另二个实际的案例。

  某用户使用Gerrit2作为其代码管理的工具。系统运维工程师反映,近期系统在运行过程中频繁老会 老会 出现性能难题报告 ,最终用户使用系统时老会 老会 老会 出现挂起(无响应)。运行环境如下:

  OS:Linux

  里面件:Gerrit2

  JDK:Sun JDK1.8_0_x

  JVM Heap分配:16G/32G

接到你这个难题报告 ,遵循既定的思路,让用户做一定的准备,调整JVM的参数捕获故障时的现场信息进行难题报告 分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC难题报告 原应应用老会 老会 出现性能故障,参考如下:

  JVM GC日志显示,每一次GC可是 ,JVM Heap空闲的空间仍然有1GB以上的空间可用;

  有可是有Overhead为60 %的GC具体情况;

  分析GC Completed以及Overhead具体情况,在接近故障点时,有明显的GC频繁及GC时间上升(峰值5923ms);

  原始的JVM GC日志显示,在故障时间点附进,有非常频繁的Full GC,触发的原不可能 JVM Old区满,有可是每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;有可是整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能难题报告 原应:JVM Old区满,频繁的Full GC原应应用性能下降非常严重;

  附注:

  GC Completed or GC :Time(millisecond) spent during garbage collection.

  Overhead: Ratio(%) time spent in allocation failure vs. time between AF

  继续深入分析难题报告 ,亲们发现了内存中处于的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

  ---------------------------------------------------------------------------------------------------

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b60 8| 104 | 20,638,034,208

  ---------------------------------------------------------------------------------------------------

  Type |Name |Value

  -------------------------------------------------------------------------------------------------------

  ref |openBytes |20382985278

  ref |openFiles |1859

  int |windowSize |8192

  int |windowSizeShift|13

  boolean|mmap |false

  long |maxBytes |10485760

  int |maxFiles |16384

  int |evictBatch |64

  ref |evictLock |java.util.concurrent.locks.ReentrantLock @ 0x7ff590c04510

  ref |locks |org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache$Lock[16384] @ 0x7ff590e9c7c0

  ref |table |java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceArray @ 0x7ff59077b5c0

  ref |clock |95846860

  int |tableSize |360

  ref |queue |java.lang.ref.ReferenceQueue @ 0x7ff59077b570

  -------------------------------------------------------------------------------------------------------

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

  ------------------------------------------------------------------------------------------------------

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf48e46a0| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf47ba558| 48 | 48

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf478bff0| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf478bf40| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf478be90| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473ef90| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473eee0| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473ee60 | 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b960 | 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf4736210| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf47344e0| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf47343d0| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf4727498| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf46640d0| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf4664020| 48 | 8,264

  Total: 15 of 2,488,60 2 entries; 2,488,587 more | |

  ------------------------------------------------------------------------------------------------------

  评析:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

  -----------------------------------------------------------------------------------------------------

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbf42d39e0| 112 | 6,312

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbf3999e48| 112 | 5,752

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbf385dd28| 112 | 264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbf27e1c20| 112 | 12,60 4

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbf148de08| 112 | 10,048

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbf0b97010| 112 | 12,240

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbef2869e0| 112 | 9,352

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbeee8bc60 | 112 | 41,408

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbeee26698| 112 | 10,000

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbec1c1318| 112 | 9,888

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbec1ba1a0| 112 | 9,920

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbeb619898| 112 | 47,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbe94a62a0| 112 | 11,696

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbe90dd688| 112 | 9,060

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository @ 0x7ffbe56b3f88| 112 | 12,344

  Total: 15 of 3,379 entries; 3,364 more | |

  -----------------------------------------------------------------------------------------------------

  评析:

  。

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

  -----------------------------------------------------------------------------------------------

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593248670| 128 | 168,684,904

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5ca5e57e0| 128 | 163,743,112

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff65d2797c8| 128 | 160 ,335,888

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff67ed5a5a0| 128 | 116,092,248

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b1360 | 128 | 111,60 6,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c960 | 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,60 8

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,60 6,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c60 | 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f60 | 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c060 | 128 | 20,065,688

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5b7dd8768| 128 | 17,462,328

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d74ec5c0| 128 | 16,689,60 0

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff65327b220| 128 | 15,634,496

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,60 8

  Total: 15 of 6,459 entries; 6,444 more | |

  -----------------------------------------------------------------------------------------------

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache.openBytes接近20G,org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow对象实例达2,488,60 一有另二个,每个8K,总计19,908,816KB(20,386,627,584Byte)。org.eclipse.jgit.internal.storage.file.FileRepository对象实例3,379个,org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile对象实例6,459个。

  难题报告 来到这里基本上就清晰了:JGit4.1 org.eclipse.jgit.lib.RepositoryCache以及org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache缓存的PackFile以及ByteArrayWindow占用了大片的内存空间。缓存占用了大片Old区的内存,有可是触发了频繁的Full GC原应性能难题报告 的处于。现在现在开使 的时侯,笔者也犯了一有另二个同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对难题报告 进行缓解,但最终的结果是:服务器处于难题报告 的频率比设置32G的时侯更频繁;

  笔者尝试分析一下缓存的机制,容器组件RepositoryCache以及WindowCache 其使用的是正是java.lang.ref.SoftReference对缓存对象进行引用。有可是,RepositoryCache组件那末 缓存消耗机制(类似 缓存的对象的数量不可能 缓存总计大小),而WindowCache组件我我觉得有控制缓存文件数量及总计内存大小,有可是最终的结果与实际愿意控制的差距太多,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然系统进程是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考原先Sun的说法,不可能 一有另二个对象非要软引用可达,在内存缺陷时,是还会 被回收的,那关键的难题报告 是JVM的GC要怎样判定你这个SoftReference引用的对象几时被回收?

  通过Google大神,东方龙马终于找到相关参考的文章,以下为原文参考:

  对于java.lang.ref.SoftReference对象,一有另二个全局的变量clock(实际上可是 java.lang.ref.SoftReference的类变量clock,如下图代码所示):其保持了最后一次GC的时间点(以毫秒为单位),即每一次GC处于时,该值均会被重新设置。 一起,java.lang.ref.SoftReference对象实例均一有另二个timestamp的属性,其被设置为最后一次成功通过SoftReference对象获取其引用对象时的clock的值(最后一次GC)。可是,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是你这个对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC处于时,以下一有另二个因素影响SoftReference引用的对象是有无被回收:

  1、SoftReference 对象实例的timestamp有多旧;

  2、内存空闲空间的大小;

  是有无保留SoftReference引用对象的判断参考表达式,true为不回收,false 为回收:

  interval<=free_heap*ms_per_mb

  说明:

  interval:最后一次GC时间和SoftReference对象实例timestamp的属性的差。简单理解可是 你这个SoftReference引用对象的生存的时长;

  free_heap:JVM Heap中空闲空间大小,单位为MB

  ms_per_mb:每1M空闲空间可保持的SoftReference对象生存的时长(单位毫秒)。简单地将你这个参数理解为一有另二个常量就好,默认值是60 0;Sun JVM还会 通过参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置;

  东方龙马上述的判断简单地理解可是 :不可能 SoftReference引用对象的生存时长<=空闲内存可保持软引用的最大时间范围,则不清除SoftReference所引用的对象;有可是,则将其清除;

  举例:一有另二个SoftReference,其属性timestamp值为60 0,最后一次GC clock值为60 00,ms_per_mb值为60 0,有可是空闲空间为1MB,那末 表达式:

  60 00-60 0<=60 0*1

  上述表达式返回值为false(60 0>60 0),有可是,你这个SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  不可能 此时亲们有4MB的空闲内存,那末 你这个表达式:

  60 00-60 0<=60 0*4

  上述表达式返回值为true(60 0<60 0),有可是,你这个SoftReference所引用的对象,不想被GC所回收;

  前要注意的是,JVM老会 保留GC可是 访问过的SoftReference引用的对象。为啥?不可能 GC可是 访问过的对象,clock-timestamp老会 等于0,即使你通过参数-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB设置ms_per_mb=0,表达式interval<=free_heap*ms_per_mb老会 返回true,可是得出上述的结论;

  参考上述的理论,亲们合适还会 估算一下当一有另二个对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期具体情况:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:60 0ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  60 M: 60 S

  60 0M 60 0S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:60 ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  60 M 10S

  60 0M 60 S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  60 M 1S

  60 0M 10S

  60 00M 60 S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  60 M 1S

  60 0M 10S

  60 00M 60 S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  60 M 0.1S

  60 0M 1S

  60 00M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了一有另二个更淬硬层 次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,不可能 Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC可是 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量,老会 使SoftReference引用的对象的生存周期保持在一有另二个较大的值,换言而之,其淘汰的数率单位较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片整理,使得整个JVM非常卡顿;

  而设置更大的JVM Heap后,使得每一次GC可是 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了你这个故障的具体情况;

  当然,故障的根本成因,是应用系统进程代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及特征的具体情况下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0解决;

  其它:IBM的JVM针对SoftReference的回收控制,同样有类似 参数:-Xsoftrefthreshold进行控制。以下是关于-Xsoftrefthreshold的描述:

  Sets the number of GCs after which a soft reference will be cleared if its referent has not been marked. The default is 32, meaning that on the 32nd GC where the referent is not marked the soft reference will be cleared.

  现在现在开使 语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,有点硬是java.lang.ref.SoftReference的使用。同样地,即使是使用Reference实现In-Box的缓存,也前要充分考虑其对内存的消耗。原先才使亲们的应用运行得更稳定。

  东方龙马凭借在数据库,里面件领域耕耘20余年,希望亲们的宝贵经验和独到见解还会 帮助到你。