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。缘何原先 说?我们我们 歌词 缓存的是许多值对象(ValueObject)时,好好多个 难点是计算一种生活些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并没人 赋予我们我们 通过简单的调用即可获得对象(及其引用)大小的能力。当然,让我通过ObjectOutputStream又过后自定义的法律土措施将对象转加进去二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,过后带来的好好多个 大问題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。过后好好多个 对象具有强引用,那就同类 于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不必回收它。当内存空 间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使多多多线程 异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来避免内存不足大问題。

  强引用的例子:法律土措施局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,也不所有GC Root引用可达的都不 强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  过后好好多个 对象只具有软引用,那就同类 于可有可无的生活用品。过后内存空间足够,垃圾回收器就不必回收它,过后内存空间不足了,就会回收有有哪些对象的内存。若果垃圾回收器没人 回收它,该对象就能非要被多多多线程 使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用能非要和好好多个 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,过后软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把一种生活软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  过后好好多个 对象只具有弱引用,那就同类 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是否,后该回收它的内存。不过,过后垃圾回收器是好好多个 优先级很低的多多线程 , 过后不后该减慢发现有有哪些只具有弱引用的对象。

  弱引用能非要和好好多个 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,过后弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把一种生活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,也不形同虚设,与许多几种引用都不 同,虚引用不必会决定对象的生命周期。过后好好多个 对象仅持有虚引用,没人 它就和没人 任何引用一样,在任何原先 都过后被垃圾回收。

  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好好多个 区别在于:虚引用需要和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收好好多个 对象时,过后发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存原先 ,把一种生活虚引用加入到与之关联的引用队列中。多多多线程 能非要通过判断引用队列中是 否过后加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。多多多线程 过后发现某个虚引用过后被加入到引用队列,没人 就能非要在所引用的对象的内存被回收原先 采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,一好好多个 劲返回null。

  java.lang.ref一种生活包(很重是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出大问題的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗太少时怎样快速地释放内存,也不担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实你造没人 么?我们我们 歌词 来看好好多个 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出性能大问題,最终用户使用系统时一好好多个 劲老出挂起(无响应)。运行环境如下:

  OS:Linux

  后面 件:Gerrit2

  JDK:Sun JDK1.8_0_x

  JVM Heap分配:16G/32G

接到一种生活大问題,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问題分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC大问題原困应用老出性能故障,参考如下:

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

  过后有Overhead为60 %的GC清况 ;

  分析GC Completed以及Overhead清况 ,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,触发的原过后JVM Old区满,过后每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;过后整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能大问題原困: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

  继续深入分析大问題,我们我们 发现了内存中指在的大对象:

  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 | |

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  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 好好多个 ,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。

  大问題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,过后触发了频繁的Full GC原困性能大问題的指在。开始 的时侯,笔者也犯了好好多个 同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对大问題进行缓解,但最终的结果是:服务器指在大问題的频率比设置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。过后,RepositoryCache组件没人 缓存消耗机制(同类 缓存的对象的数量过后缓存总计大小),而WindowCache组件我觉得 有控制缓存文件数量及总计内存大小,过后最终的结果与实际要我控制的差距太少,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然多多多线程 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,过后好好多个 对象非要软引用可达,在内存不足时,是能非要被回收的,那关键的大问題是JVM的GC怎样判定一种生活SoftReference引用的对象好久被回收?

  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,好好多个 全局的变量clock(实际上也不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指在时,该值均会被重新设置。 一起去,java.lang.ref.SoftReference对象实例均好好多个 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)。也不,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是一种生活对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC指在时,以下好好多个 因素影响SoftReference引用的对象是否被回收:

  1、SoftReference 对象实例的timestamp有多旧;

  2、内存空闲空间的大小;

  是否保留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。简单理解也不一种生活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)。简单地将一种生活参数理解为好好多个 常量就好,默认值是60 0;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也不:过后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;过后,则将其清除;

  举例:好好多个 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,过后空闲空间为1MB,没人 表达式:

  60 00-60 0<=60 0*1

  上述表达式返回值为false(60 0>60 0),过后,一种生活SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  过后此时我们我们 有4MB的空闲内存,没人 一种生活表达式:

  60 00-60 0<=60 0*4

  上述表达式返回值为true(60 0<60 0),过后,一种生活SoftReference所引用的对象,不必被GC所回收;

  需要注意的是,JVM一好好多个 劲保留GC原先 访问过的SoftReference引用的对象。缘何?过后GC原先 访问过的对象,clock-timestamp一好好多个 劲等于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一好好多个 劲返回true,也不得出上述的结论;

  参考上述的理论,我们我们 最少 能非要估算一下当好好多个 对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期清况 :

  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,东方龙马有了好好多个 更淬硬层 次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,过后Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC原先 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量,一好好多个 劲使SoftReference引用的对象的生存周期保持在好好多个 较大的值,换言而之,其淘汰的带宽单位较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片收集,使得整个JVM非常卡顿;

  而设置更大的JVM Heap后,使得每一次GC原先 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了一种生活故障的清况 ;

  当然,故障的根本成因,是应用多多多线程 代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及内部结构的清况 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,同样有同类 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 语:

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

  东方龙马凭借在数据库,后面 件领域耕耘20余年,希望我们我们 的宝贵经验和独到见解能非要帮助到你。