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

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  在JVM内部实现缓存容器,东方龙马认为最麻烦的事情是要对缓存大小进行控制。如可另三个白说?当大伙儿儿缓存的是就是值对象(ValueObject)时,三个白 难点是计算你这一 些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并越来越赋予大伙儿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,你后能 通过ObjectOutputStream又否则自定义的最好的办法将对象转换成二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,否则带来的三个白 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)的冒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。否则三个白 对象具有强引用,那就累似 于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不不回收它。当内存空 间不足英文,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使守护任务管理器异常终止,就是我会靠随意回收具有强引用的对象来补救内存不足英文问题。

  强引用的例子:最好的办法局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,就是我所有GC Root引用可达的一定会强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  否则三个白 对象只具有软引用,那就累似 于可有可无的生活用品。否则内存空间足够,垃圾回收器就不不回收它,否则内存空间不足英文了,就会回收有有哪些对象的内存。假如有一天垃圾回收器越来越回收它,该对象就后能 被守护任务管理器使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用后能 和三个白 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虚拟机就会把你这一 软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  否则三个白 对象只具有弱引用,那就累似 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。在垃圾回收器守护任务管理器扫描它 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是不是,一定会回收它的内存。不过,否则垃圾回收器是三个白 优先级很低的守护任务管理器, 否则不一定会减慢发现有有哪些只具有弱引用的对象。

  弱引用后能 和三个白 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虚拟机就会把你这一 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,就是我形同虚设,与就是几种引用一定会同,虚引用从不不决定对象的生命周期。否则三个白 对象仅持有虚引用,越来越它就和越来越任何引用一样,在任何就让 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三个白 区别在于:虚引用需用和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收三个白 对象时,否则发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存就让 ,把你这一 虚引用加入到与之关联的引用队列中。守护任务管理器后能 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是是不是将要被垃圾回收。守护任务管理器否则发现某个虚引用否则被加入到引用队列,越来越就后能 在所引用的对象的内存被回收就让 采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,一直返回null。

  java.lang.ref你这一 包(有点是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过多时如可快速地释放内存,就是我担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实大伙儿儿说越来越么?让大伙儿儿来看三个白 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冒出性能问题,最终用户使用系统时一直冒出挂起(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

接到你这一 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问题原困应用冒出性能故障,参考如下:

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

  否则有Overhead为1000%的GC情况报告;

  分析GC Completed以及Overhead情况报告,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,在故障时间点附进,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,大伙儿儿发现了内存中存在的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b10008| 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 |1048571000

  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 |9584681000

  int |tableSize |31000

  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 @ 0x7ffbf473ee1000| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b91000| 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 2,488,10002 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 | 12,10004

  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 @ 0x7ffbeee8bc1000| 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 | 9,01000

  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 | 11000,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b131000| 128 | 111,10006,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c91000| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,10008

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,10006,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c1000| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f1000| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c01000| 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 | 16,689,10000

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,10008

  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2,488,1000三个白 ,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,否则触发了频繁的Full GC原困性能问题的存在。结束了了的时侯,笔者也犯了三个白 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:服务器存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。否则,RepositoryCache组件越来越缓存消耗机制(累似 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想要控制的差距过多,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然守护任务管理器是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考另三个白Sun的说法,否则三个白 对象只能软引用可达,在内存不足英文时,是后能 被回收的,那关键的问题是JVM的GC如可判定你这一 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,三个白 全局的变量clock(实际上就是我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存在时,该值均会被重新设置。 一齐,java.lang.ref.SoftReference对象实例均三个白 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)。就是有,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是你这一 对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC存在时,以下三个白 因素影响SoftReference引用的对象是是不是被回收:

  1、SoftReference 对象实例的timestamp有多旧;

  2、内存空闲空间的大小;

  是是不是保留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。简单理解就是我你这一 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)。简单地将你这一 参数理解为三个白 常量就好,默认值是10000;Sun JVM后能 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我: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:三个白 SoftReference,其属性timestamp值为10000,最后一次GC clock值为100000,ms_per_mb值为10000,否则空闲空间为1MB,越来越表达式:

  100000-10000<=10000*1

  上述表达式返回值为false(10000>10000),否则,你这一 SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  否则此时大伙儿儿有4MB的空闲内存,越来越你这一 表达式:

  100000-10000<=10000*4

  上述表达式返回值为true(10000<10000),否则,你这一 SoftReference所引用的对象,不不被GC所回收;

  需用注意的是,JVM一直保留GC就让 访问过的SoftReference引用的对象。如可?否则GC就让 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,就是有得出上述的结论;

  参考上述的理论,大伙儿儿大约后能 估算一下当三个白 对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期情况报告:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10000ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  1000M: 1000S

  10000M 10000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1000ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  1000M 10S

  10000M 1000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  1000M 1S

  10000M 10S

  100000M 1000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  1000M 1S

  10000M 10S

  100000M 1000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  1000M 0.1S

  10000M 1S

  100000M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了三个白 更淬硬层 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就让 ,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三个白 较大的值,换言而之,其淘汰的传输速率较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片下发,使得整个JVM非常卡顿;

  而设置更大的JVM Heap后,使得每一次GC就让 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了你这一 故障的情况报告;

  当然,故障的根本成因,是应用守护任务管理器代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及价值形式的情况报告下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0补救;

  其它:IBM的JVM针对SoftReference的回收控制,同样有累似 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.

  结束了了语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,有点是java.lang.ref.SoftReference的使用。同样地,即使是使用Reference实现In-Box的缓存,也需用充分考虑其对内存的消耗。另三个白才使大伙儿儿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,希望大伙儿儿的宝贵经验和独到见解后能 帮助到你。