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

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  在JVM内控 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。怎么能会会另一一有一个多说?当大家缓存的是或多或少值对象(ValueObject)时,另一一有一个多难点是计算这名 些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并没有赋予大家通过简单的调用即可获得对象(及其引用)大小的能力。当然,但会 你通过ObjectOutputStream又不可能 自定义的法律依据将对象转上加二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,但会 带来的另一一有一个多问题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)的突然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 另一一有一个多对象具有强引用,那就类式 于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不多回收它。当内存空 间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使系统线程异常终止,只是会靠随意回收具有强引用的对象来避免内存不足问题。

  强引用的例子:法律依据局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,只是所有GC Root引用可达的否是强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  不可能 另一一有一个多对象只具有软引用,那就类式 于可有可无的生活用品。不可能 内存空间足够,垃圾回收器就不多回收它,不可能 内存空间不足了,就会回收这名 对象的内存。只是垃圾回收器没有回收它,该对象就能都都可以 被系统线程使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用能都都可以 和另一一有一个多引用队列(ReferenceQueue)联合使用,不可能 软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这名 软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  不可能 另一一有一个多对象只具有弱引用,那就类式 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。在垃圾回收器系统线程扫描它 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否是,后该 回收它的内存。不过,不可能 垃圾回收器是另一一有一个多优先级很低的系统线程, 但会 不后该 快一点 发现这名 只具有弱引用的对象。

  弱引用能都都可以 和另一一有一个多引用队列(ReferenceQueue)联合使用,不可能 弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这名 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,只是形同虚设,与或多或少几种引用否是同,虚引用暂且会决定对象的生命周期。不可能 另一一有一个多对象仅持有虚引用,没有它就和没有任何引用一样,在任何后来 否是可能 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另一一有一个多区别在于:虚引用须要和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收另一一有一个多对象时,不可能 发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存后来 ,把这名 虚引用加入到与之关联的引用队列中。系统线程能都都可以 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否是将要被垃圾回收。系统线程不可能 发现某个虚引用不可能 被加入到引用队列,没有就能都都可以 在所引用的对象的内存被回收后来 采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,突然返回null。

  java.lang.ref这名 包(不得劲是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出问题的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗不多时怎么可以快速地释放内存,只是担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实居然没有么?让大家来看另一一有一个多实际的案例。

  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突然出现性能问题,最终用户使用系统时突然突然出现挂起(无响应)。运行环境如下:

  OS:Linux

  上方件:Gerrit2

  JDK:Sun JDK1.8_0_x

  JVM Heap分配:16G/32G

接到这名 问题,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问题分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC问题原困应用突然出现性能故障,参考如下:

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

  但会 有Overhead为1150%的GC情况;

  分析GC Completed以及Overhead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,在故障时间点付近,有非常频繁的Full GC,触发的原不可能 JVM Old区满,但会 每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;但会 整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能问题原困:JVM Old区满,频繁的Full GC原困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

  继续深入分析问题,大家发现了内存中处在的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b1508| 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 |104857150

  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 |958468150

  int |tableSize |3150

  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 @ 0x7ffbf473ee150| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b9150| 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 2,488,1502 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 | 12,1504

  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 @ 0x7ffbeee8bc150| 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 | 9,0150

  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 | 1150,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b13150| 128 | 111,1506,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c9150| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,1508

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,1506,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c150| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f150| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c01150| 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 | 16,689,1500

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,1508

  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2,488,150另一一有一个多,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。

  问题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,但会 触发了频繁的Full GC原困性能问题的处在。现在过后刚开始的时侯,笔者也犯了另一一有一个多同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对问题进行缓解,但最终的结果是:服务器处在问题的频率比设置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。但会 ,RepositoryCache组件没有缓存消耗机制(类式 缓存的对象的数量不可能 缓存总计大小),而WindowCache组件嘴笨 有控制缓存文件数量及总计内存大小,但会 最终的结果与实际你要控制的差距不多,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然系统线程是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考另一一有一个多Sun的说法,不可能 另一一有一个多对象只有软引用可达,在内存不足时,是能都都可以 被回收的,那关键的问题是JVM的GC怎么可以判定这名 SoftReference引用的对象什么过后被回收?

  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,另一一有一个多全局的变量clock(实际上只是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处在时,该值均会被重新设置。 同時 ,java.lang.ref.SoftReference对象实例均另一一有一个多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)。所以,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是这名 对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC处在时,以下另一一有一个多因素影响SoftReference引用的对象否是被回收:

  1、SoftReference 对象实例的timestamp有多旧;

  2、内存空闲空间的大小;

  否是保留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。简单理解只是这名 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)。简单地将这名 参数理解为另一一有一个多常量就好,默认值是11150;Sun JVM能都都可以 通过参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置;

  东方龙马上述的判断简单地理解只是: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;但会 ,则将其清除;

  举例:另一一有一个多SoftReference,其属性timestamp值为1150,最后一次GC clock值为11500,ms_per_mb值为11150,但会 空闲空间为1MB,没有表达式:

  11500-1150<=11150*1

  上述表达式返回值为false(1150>11150),但会 ,这名 SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  不可能 此时大家有4MB的空闲内存,没有这名 表达式:

  11500-1150<=11150*4

  上述表达式返回值为true(1150<1500),但会 ,这名 SoftReference所引用的对象,不多被GC所回收;

  须要注意的是,JVM突然保留GC后来 访问过的SoftReference引用的对象。怎么能会会?不可能 GC后来 访问过的对象,clock-timestamp突然等于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突然返回true,所以得出上述的结论;

  参考上述的理论,大家共要能都都可以 估算一下当另一一有一个多对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期情况:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:11150ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  1150M: 1150S

  11150M 11150S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1150ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  1150M 10S

  11150M 1150S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  1150M 1S

  11150M 10S

  111500M 1150S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  150M 1S

  1150M 10S

  11500M 1150S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  1150M 0.1S

  11150M 1S

  111500M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了另一一有一个多更角度次的认识:

  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后来 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量,突然使SoftReference引用的对象的生存周期保持在另一一有一个多较大的值,换言而之,其淘汰的角度较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片分类整理,使得整个JVM非常卡顿;

  而设置更大的JVM Heap后,使得每一次GC后来 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了这名 故障的情况;

  当然,故障的根本成因,是应用系统线程代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及内控 的情况下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0避免;

  其它:IBM的JVM针对SoftReference的回收控制,同样有类式 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.

  现在过后刚开始语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,不得劲是java.lang.ref.SoftReference的使用。同样地,即使是使用Reference实现In-Box的缓存,也须要充分考虑其对内存的消耗。另一一有一个多才使大家的应用运行得更稳定。

  东方龙马凭借在数据库,上方件领域耕耘20余年,希望大家的宝贵经验和独到见解能都都可以 帮助到你。