JVM内存机制与常见问题排查

简介: Java内存模型:Java Memory Model,简称JMM。 整体上,JVM内存包含堆内存和线程栈内存,原始数据类型和对象引用在栈内存上,对象(及其成员变量)、静态变量都在堆内存上。堆内存上的所有对象,可以被所有线程拿到,属于共享区域。大部分时候,我们处理的都是堆内存上的问题。

Java内存模型:Java Memory Model,简称JMM。整体上,JVM内存包含堆内存和线程栈内存,原始数据类型和对象引用在栈内存上,对象(及其成员变量)、静态变量都在堆内存上。堆内存上的所有对象,可以被所有线程拿到,属于共享区域。大部分时候,我们处理的都是堆内存上的问题。

JVM堆内存.png

JVM的GC(垃圾回收)采用分代机制,即堆内存分为年轻代、老年代,年轻代里面继续分三块:新生代(Eden-Space)、两个存活区(S0、S1)。GC的大致过程是:创建对象时会在Eden区分配内存,GC的时Eden区和S区(S0和S1中非空的那个)中存活的对象复制到另外一个空的S区。S0和S1在任何时候都有一个空区域专门存储被年轻代GC后仍然存活的对象,这批对象在S0和S1中来回复制多次,最终达到一定存活时间的对象,被移到老年代。

在默认情况下,Eden:S0:S1的内存分配比例是:8:1:1。之所以来回复制,主要是为了解决GC后的内存碎片问题。

JVM采用的GC算法是:标记清除算法(Mark and Sweep)。

  1. 标记:会遍历所有可达对象,这个阶段会让所有应用程序的线程暂停,导致STW停顿问题(Stop The
    World);
  2. 清除:不可达对象占用的内存被回收,以便重用;

JVM调优,很大程度上是GC的调优,下面我们先看看GC相关的知识点。为了方便后面做演示,我们新建一个Java工程(过程略)。

我们可以先来一段耗内存的代码:

List<Order> orderList=new ArrayList<>();
   while(true){
   Order order=new Order();
   order.setId(1);
   order.setName("Java In Action");
   order.setPrice(20.5);
   orderList.add(order);
   System.out.println( "Hello World!"+order);
  }

工程建议加上以下依赖,演示的时候会达成jar包,并用命令行执行:

<plugins>
      <plugin>
        <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
        <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
        <configuration>
          <archive>
            <manifest>
              <mainClass>com.learn.performance.MainApp</mainClass>
            </manifest>
          </archive>
        </configuration>
      </plugin>
    </plugins>

打包之后,在Linux上启动运行,笔者这里采用CentOS。下面我们看看怎么查看GC信息。

首先使用jps查看当前进程ID:
jps.png

然后使用jstat查看GC情况:

jstat -gcutil 进程ID 间隔时间

gc.jpg

解释:

S0: 新生代中Survivor space 0区已使用空间的百分比

S1: 新生代中Survivor space 1区已使用空间的百分比

E: 新生代已使用空间的百分比

O: 老年代已使用空间的百分比

M: 永久带已使用空间的百分比

YGC: 从应用程序启动到当前,发生Yang GC 的次数

YGCT: 从应用程序启动到当前,Yang GC所用的时间

FGC: 从应用程序启动到当前,发生Full GC的次数

FGCT: 从应用程序启动到当前,Full GC所用的时间

GCT: 从应用程序启动到当前,用于垃圾回收的总时间

当E和O区占比一直偏大,GC频繁时,就要开始注意系统的内存问题了。前面我们也提到过,GC时,会导致系统卡顿(STW),此时就必须要考虑调优了。

使用jstat查看GC,很多时候是为了线上快速定位问题。而在实际场景中,我们通常会考虑在整个运行阶段都将GC信息打到日志里面,等到出问题后,可以让运维拉日志排查问题。

要实现这个效果,需要新增启动命令-XX:+PrintGCDetails,它可以帮助打印GC细节,然后通过-Xloggc指定GC日志的输出文件。其中%p是进程ID的占位符:

java -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:log/gc_%p.log  -jar PerformanceDemo-1.0.jar

这样,最终会在log目录下生成gc_[进程ID].log文件。在GC文件里面,大家可以看到一些默认的配置,比如初始化堆内存、最大堆内存、GC算法(UseParallelGC)假如想知道GC发生的时间,还可以加上-XX:+PrintGCDateStamps参数。

在实际场景中,我们会在启动时指定内存参数,比如:

java -Xmn80m -Xms200m -Xmx200m  -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps  -Xloggc:log/gc_%p.log  -jar PerformanceDemo-1.0.jar

解释:

  • -Xmn 设置年轻代大小
  • -Xms 设置初始内存,此值可以和-Xmx一样
  • -Xmx 设置JVM最大可用内存

启动后,我们可以使用jmap命令查看内存使用情况:

jmap -heap 进程id

jmap.png

一旦发现堆内存占用比过大时,我们就需要搞清楚到底是哪些对象导致的,此时可以继续使用jmap命令来查看存活对象数量和大小:

jmap -histo:live 进程ID > jmapinfo

此时会把存活对象信息打到jmapinfo这个文件里面,我们可以打开文件看下:

heaplive.jpg

可以很明显看出,我们自定义的Order对象是最多的(Double作为Order的属性之一)。这实际上就是调优的依据之一。

当系统真正出现OOM的时候,可能就直接挂了,这个时候我们是没办法使用jmap命令的,那怎么办呢?在生产环境中,我们通常会做OOM后生产内存dump文件的配置,新增的命令参数如下:

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=log/heapdump.hprof

此时一旦OOM,会自动将当时的内存信息打到heapdump.hprof文件中,我们可以下载到本地,使用JDK自带的jvisualvm工具打开查看,效果如下:

jdump.jpg

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