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

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  在JVM外部实现缓存容器,东方龙马认为最麻烦的事情是要对缓存大小进行控制。为甚会么会会原先说?当大伙儿 缓存的是你这俩 值对象(ValueObject)时,一一个多 难点是计算你这俩 些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并那么 赋予大伙儿 通过简单的调用即可获得对象(及其引用)大小的能力。当然,愿意通过ObjectOutputStream又否则自定义的辦法 将对象转加上二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,否则带来的一一个多 大大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)的一直 总出 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。否则一一个多 对象具有强引用,那就相似于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不需要回收它。当内存空 间欠缺,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使多多线程 异常终止,过多会靠随意回收具有强引用的对象来出理 内存欠缺大大问题。

  强引用的例子:辦法 局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,过多所有GC Root引用可达的否是强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  否则一一个多 对象只具有软引用,那就相似于可有可无的生活用品。否则内存空间足够,垃圾回收器就不需要回收它,否则内存空间欠缺了,就会回收哪此对象的内存。假若垃圾回收器那么 回收它,该对象就能非要被多多线程 使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用能非要和一一个多 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,否则软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你这俩 软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  否则一一个多 对象只具有弱引用,那就相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。在垃圾回收器多多线程 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是,否是回收它的内存。不过,否则垃圾回收器是一一个多 优先级很低的多多线程 , 否则不否是减慢发现哪此只具有弱引用的对象。

  弱引用能非要和一一个多 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,否则弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你这俩 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,过多形同虚设,与你这俩 几种引用否是同,虚引用不需要说会决定对象的生命周期。否则一一个多 对象仅持有虚引用,那么 它就和那么 任何引用一样,在任何愿意都否则被垃圾回收。

  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一一个多 区别在于:虚引用还要和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收一一个多 对象时,否则发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存愿意,把你这俩 虚引用加入到与之关联的引用队列中。多多线程 能非要通过判断引用队列中是 否否则加入了虚引用,来了解被引用的对象否是是将要被垃圾回收。多多线程 否则发现某个虚引用否则被加入到引用队列,那么 就能非要在所引用的对象的内存被回收愿意采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,一直 返回null。

  java.lang.ref你这俩 包(特别是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出大大问题的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗过多时如何快速地释放内存,过多担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实岂否是那么 么?让大伙儿 来看一一个多 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一直 总出 性能大大问题,最终用户使用系统时一直 一直 总出 挂起(无响应)。运行环境如下:

  OS:Linux

  后边件:Gerrit2

  JDK:Sun JDK1.8_0_x

  JVM Heap分配:16G/32G

接到你这俩 大大问题,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大大问题分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC大大问题导致 应用一直 总出 性能故障,参考如下:

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

  否则有Overhead为400%的GC请况;

  分析GC Completed以及Overhead请况,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,在故障时间点俯近,有非常频繁的Full GC,触发的原否则JVM Old区满,否则每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;否则整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能大大问题导致 :JVM Old区满,频繁的Full GC导致 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

  继续深入分析大大问题,大伙儿 发现了内存中发生的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b4008| 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 |104857400

  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 |958468400

  int |tableSize |3400

  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 @ 0x7ffbf473ee400| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b9400| 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 2,488,4002 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 | 12,4004

  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 @ 0x7ffbeee8bc400| 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 | 9,0400

  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 | 1400,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b13400| 128 | 111,4006,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c9400| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,4008

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,4006,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c400| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f400| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c0400| 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 | 16,689,4000

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,4008

  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2,488,400一一个多 ,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。

  大大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,否则触发了频繁的Full GC导致 性能大大问题的发生。开始英语 了了英文的时侯,笔者也犯了一一个多 同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对大大问题进行缓解,但最终的结果是:服务器发生大大问题的频率比设置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。否则,RepositoryCache组件那么 缓存消耗机制(相似缓存的对象的数量否则缓存总计大小),而WindowCache组件人太好有控制缓存文件数量及总计内存大小,否则最终的结果与实际愿意控制的差距过多,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然多多线程 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,否则一一个多 对象非要软引用可达,在内存欠缺时,是能非要被回收的,那关键的大大问题是JVM的GC如何判定你这俩 SoftReference引用的对象什么时候被回收?

  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,一一个多 全局的变量clock(实际上过多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发生时,该值均会被重新设置。 一齐,java.lang.ref.SoftReference对象实例均一一个多 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)。过多,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是你这俩 对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC发生时,以下一一个多 因素影响SoftReference引用的对象否是是被回收:

  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。简单理解过多你这俩 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)。简单地将你这俩 参数理解为一一个多 常量就好,默认值是4000;Sun JVM能非要通过参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置;

  东方龙马上述的判断简单地理解过多:否则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;否则,则将其清除;

  举例:一一个多 SoftReference,其属性timestamp值为4000,最后一次GC clock值为40000,ms_per_mb值为4000,否则空闲空间为1MB,那么 表达式:

  40000-4000<=4000*1

  上述表达式返回值为false(4000>4000),否则,你这俩 SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  否则此时大伙儿 有4MB的空闲内存,那么 你这俩 表达式:

  40000-4000<=4000*4

  上述表达式返回值为true(4000<4000),否则,你这俩 SoftReference所引用的对象,不需要被GC所回收;

  还要注意的是,JVM一直 保留GC愿意访问过的SoftReference引用的对象。为甚会么会会?否则GC愿意访问过的对象,clock-timestamp一直 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一直 返回true,过多得出上述的结论;

  参考上述的理论,大伙儿 至少能非要估算一下当一一个多 对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期请况:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:4000ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  400M: 400S

  4000M 4000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:400ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  400M 10S

  4000M 400S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  400M 1S

  4000M 10S

  40000M 400S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  400M 1S

  4000M 10S

  40000M 400S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  400M 0.1S

  4000M 1S

  40000M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了一一个多 更深度次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,否则Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC愿意,New Generation释放出来的空闲空间的数量,一直 使SoftReference引用的对象的生存周期保持在一一个多 较大的值,换言而之,其淘汰的效率较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片采集,使得整个JVM非常卡顿;

  而设置更大的JVM Heap后,使得每一次GC愿意,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了你这俩 故障的请况;

  当然,故障的根本成因,是应用多多线程 代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及特性的请况下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0出理 ;

  其它:IBM的JVM针对SoftReference的回收控制,同样有相似参数:-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.

  开始英语 了了英文语:

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

  东方龙马凭借在数据库,后边件领域耕耘20余年,希望大伙儿 的宝贵经验和独到见解能非要帮助到你。