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

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  在JVM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。为甚么另有一一个多说?当亲们缓存的是有些值对象(ValueObject)时,有一一个多难点是计算这有些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并没人 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,你可不能不能通过ObjectOutputStream又将会自定义的方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,就是带来的有一一个多现象图片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。将会有一一个多对象具有强引用,那就类似于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 间欠缺,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使进程异常终止,就是会靠随意回收具有强引用的对象来除理内存欠缺现象图片。

  强引用的例子:方法局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,就是所有GC Root引用可达的总要强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  将会有一一个多对象只具有软引用,那就类似于于可有可无的生活用品。将会内存空间足够,垃圾回收器就不想回收它,将会内存空间欠缺了,就会回收什么对象的内存。若果垃圾回收器没人 回收它,该对象就可不能不能被进程使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用可不能不能和有一一个多引用队列(ReferenceQueue)联合使用,将会软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这种软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  将会有一一个多对象只具有弱引用,那就类似于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算是,总要回收它的内存。不过,将会垃圾回收器是有一一个多优先级很低的进程, 就是不总要没人来越快发现什么只具有弱引用的对象。

  弱引用可不能不能和有一一个多引用队列(ReferenceQueue)联合使用,将会弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这种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,就是形同虚设,与有些几种引用总要同,虚引用从不想决定对象的生命周期。将会有一一个多对象仅持有虚引用,没人 它就和没人 任何引用一样,在任何就是都将会被垃圾回收。

  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有一一个多区别在于:虚引用还要和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收有一一个多对象时,将会发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存就是,把这种虚引用加入到与之关联的引用队列中。进程可不能不能通过判断引用队列中是 否将会加入了虚引用,来了解被引用的对象是算是将要被垃圾回收。进程将会发现某个虚引用将会被加入到引用队列,没人 就可不能不能在所引用的对象的内存被回收就是采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,老要返回null。

  java.lang.ref这种包(有点痛 是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出现象图片的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗太少时怎么能不能快速地释放内存,就是担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实居然没人 么?让亲们来看有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总出 性能现象图片,最终用户使用系统时总出 挂起(无响应)。运行环境如下:

  OS:Linux

  顶端件:Gerrit2

  JDK:Sun JDK1.8_0_x

  JVM Heap分配:16G/32G

接到这种现象图片,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现象图片分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC现象图片意味着应用总出 性能故障,参考如下:

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

  就是有Overhead为30%的GC情况汇报;

  分析GC Completed以及Overhead情况汇报,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,在故障时间点付进 ,有非常频繁的Full GC,触发的原将会JVM Old区满,就是每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;就是整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能现象图片意味着:JVM Old区满,频繁的Full GC意味着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

  继续深入分析现象图片,亲们发现了内存中占据 的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b308| 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 |10485730

  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 |95846830

  int |tableSize |330

  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 @ 0x7ffbf473ee30| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b930| 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 2,488,302 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 | 12,304

  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 @ 0x7ffbeee8bc30| 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 | 9,030

  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 | 130,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b1330| 128 | 111,306,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c930| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,308

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,306,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c30| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f30| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c030| 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 | 16,689,300

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,308

  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2,488,30有一一个多,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。

  现象图片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,就是触发了频繁的Full GC意味着性能现象图片的占据 。现在开始的时侯,笔者也犯了有一一个多同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对现象图片进行缓解,但最终的结果是:服务器占据 现象图片的频率比设置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。就是,RepositoryCache组件没人 缓存消耗机制(类似于缓存的对象的数量将会缓存总计大小),而WindowCache组件并不一定有控制缓存文件数量及总计内存大小,就是最终的结果与实际你要控制的差距太少,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然进程是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考另有一一个多Sun的说法,将会有一一个多对象可不能不能了软引用可达,在内存欠缺时,是可不能不能被回收的,那关键的现象图片是JVM的GC怎么能不能判定这种SoftReference引用的对象何时能 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,有一一个多全局的变量clock(实际上就是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占据 时,该值均会被重新设置。 共同,java.lang.ref.SoftReference对象实例均有一一个多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)。有些有些,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是这种对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC占据 时,以下有一一个多因素影响SoftReference引用的对象是算是被回收:

  1、SoftReference 对象实例的timestamp有多旧;

  2、内存空闲空间的大小;

  是算是保留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。简单理解就是这种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)。简单地将这种参数理解为有一一个多常量就好,默认值是30;Sun JVM可不能不能通过参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置;

  东方龙马上述的判断简单地理解就是:将会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;就是,则将其清除;

  举例:有一一个多SoftReference,其属性timestamp值为30,最后一次GC clock值为300,ms_per_mb值为30,就是空闲空间为1MB,没人 表达式:

  300-30<=30*1

  上述表达式返回值为false(300>30),就是,这种SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  将会此时亲们有4MB的空闲内存,没人 这种表达式:

  300-30<=30*4

  上述表达式返回值为true(300<300),就是,这种SoftReference所引用的对象,不想被GC所回收;

  还要注意的是,JVM老要保留GC就是访问过的SoftReference引用的对象。为甚么?将会GC就是访问过的对象,clock-timestamp老要等于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老要返回true,有些有些得出上述的结论;

  参考上述的理论,亲们大约可不能不能估算一下当有一一个多对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期情况汇报:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:30ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  30M: 30S

  30M 30S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:30ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  30M 10S

  30M 30S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  30M 1S

  30M 10S

  300M 30S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  30M 1S

  30M 10S

  300M 30S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  30M 0.1S

  30M 1S

  300M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了有一一个多更深度图次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,将会Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC就是,New Generation释放出来的空闲空间的数量,老要使SoftReference引用的对象的生存周期保持在有一一个多较大的值,换言而之,其淘汰的速度较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片架构设计 ,使得整个JVM非常卡顿;

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

  当然,故障的根本成因,是应用进程代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及形态学 的情况汇报下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0除理;

  其它:IBM的JVM针对SoftReference的回收控制,同样有类似于参数:-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.

  现在开始语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,有点痛 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。另有一一个多才使亲们的应用运行得更稳定。

  东方龙马凭借在数据库,顶端件领域耕耘20余年,希望亲们的宝贵经验和独到见解可不能不能帮助到你。