Java -- ExecutorService线程池触发的Full GC问题排查

 最近，线上环境的Java代码里，处理了一个由ExecutorServicec线程池引发的问题，将处理过程和一些调试过程沉淀下来。

• 场景描述

      应用为分布式场景下，海量任务处理模块。其中，有一个Java daemon进程，通过队列接受Java代码描述的任务(jar)，产生子进程(单独的JVM)class loader，处理定义的Java代码，并收集日志、处理结果等，子进程数量在百级。启动参数如下：

      java -server -Xss256k -Xmx4096m -Xms4096m -XX:NewRatio=4 -XX:PermSize=96m -XX:MaxPermSize=96m -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:ErrorFile=./stderr -XX:+UseConcMarkSweepGC

• 问题现象

       执行的大量任务集中在凌晨，通常情况下，内存维持在1G ~ 1.5G，由于代码方面上会注意Yong GC的亲和性，并且处理逻辑趋向短时间的内存适用，故YongGC次数稍多，每次回收较多，FullGC很少。

       

扫描二维码关注公众号，回复： 2167765 查看本文章

       日常的gc.log截取:

[java]  view plain  copy

1. 2014-04-02T00:15:13.336+0800: 31549.990: [GC 31549.990: [ParNew: 673793K->2029K(755008K), 0.0051360 secs] 731427K->60257K(4110464K), 0.0053540 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.00 secs]  
2. 2014-04-02T02:02:17.091+0800: 37973.745: [GC 37973.745: [ParNew: 673197K->3098K(755008K), 0.0056950 secs] 731425K->61807K(4110464K), 0.0059840 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.00 secs]  
3. 2014-04-02T03:25:39.567+0800: 42976.221: [GC 42976.221: [ParNew: 674266K->2130K(755008K), 0.0067750 secs] 732975K->60842K(4110464K), 0.0070530 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.01 secs]  
4. 2014-04-02T04:12:15.891+0800: 45772.545: [GC 45772.545: [ParNew: 673298K->4497K(755008K), 0.0103740 secs] 732010K->64271K(4110464K), 0.0106280 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.01 secs]  
5. 2014-04-02T04:40:27.685+0800: 47464.339: [GC 47464.340: [ParNew: 675611K->1931K(755008K), 0.0076410 secs] 735386K->61723K(4110464K), 0.0078830 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.01 secs]  
6. 2014-04-02T05:02:00.719+0800: 48757.373: [GC 48757.373: [ParNew: 673095K->2770K(755008K), 0.0069400 secs] 732887K->62579K(4110464K), 0.0071810 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.00 secs]  
7. 2014-04-02T05:18:45.616+0800: 49762.270: [GC 49762.270: [ParNew: 673911K->4611K(755008K), 0.0084600 secs] 733720K->64424K(4110464K), 0.0087260 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs]  
8. 2014-04-02T05:31:57.960+0800: 50554.614: [GC 50554.614: [ParNew: 675779K->7261K(755008K), 0.0111740 secs] 735592K->67237K(4110464K), 0.0114760 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.02 secs]  
9. 2014-04-02T05:39:29.031+0800: 51005.685: [GC 51005.686: [ParNew: 678429K->8082K(755008K), 0.0091520 secs] 738405K->68060K(4110464K), 0.0094180 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs]  
10. 2014-04-02T05:45:38.114+0800: 51374.768: [GC 51374.768: [ParNew: 679250K->8359K(755008K), 0.0071780 secs] 739228K->69105K(4110464K), 0.0074630 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.01 secs]  

       日常的jstat截取(启动后一段时间)：

[java]  view plain  copy

1. [xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx]$ sudo /usr/java/default/bin/jstat -gcutil 9974 1s  
2.   S0     S1     E      O      P     YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT     
3.   0.00   0.60  78.51   2.52  40.91    139    0.718     0    0.000    0.718  
4.   0.00   0.60  78.51   2.52  40.91    139    0.718     0    0.000    0.718  
5.   0.00   0.60  78.51   2.52  40.91    139    0.718     0    0.000    0.718  
6.   0.00   0.60  78.51   2.52  40.91    139    0.718     0    0.000    0.718  
7.   0.00   0.60  78.51   2.52  40.91    139    0.718     0    0.000    0.718  

       当天凌晨 JVM内存异常，触发报警。内存几乎用满，FullGC频率极具增加，子进程由于和该进程有内存交互，故部分任务直接oom，报错out of memroy : java heap space。

       内存暴增后的gc.log:

[java]  view plain  copy

1. 2014-03-31T08:28:49.731+0800: 210168.258: [CMS-concurrent-sweep-start]  
2. 2014-03-31T08:28:49.766+0800: 210168.294: [CMS-concurrent-sweep: 0.035/0.035 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.03 secs]  
3. 2014-03-31T08:28:49.766+0800: 210168.294: [CMS-concurrent-reset-start]  
4. 2014-03-31T08:28:49.776+0800: 210168.304: [CMS-concurrent-reset: 0.010/0.010 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]  
5. 2014-03-31T08:28:49.851+0800: 210168.379: [GC 210168.379: [ParNew: 755007K->755007K(755008K), 0.0000420 secs]210168.379: [CMS: 3355177K->3355176K(3355456K), 0.2814320 secs] 4110185K->4110177K(4110464K), [CMS Perm : 40876K->4087  
6. 6K(98304K)], 0.2817730 secs] [Times: user=0.29 sys=0.00, real=0.28 secs]  
7. 2014-03-31T08:28:50.134+0800: 210168.662: [GC [1 CMS-initial-mark: 3355176K(3355456K)] 4110182K(4110464K), 0.0070090 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]  
8. 2014-03-31T08:28:50.827+0800: 210169.355: [GC [1 CMS-initial-mark: 3355176K(3355456K)] 4110182K(4110464K), 0.0070100 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]  
9. 2014-03-31T08:28:50.834+0800: 210169.362: [CMS-concurrent-mark-start]  
10. 2014-03-31T08:28:50.884+0800: 210169.412: [CMS-concurrent-mark: 0.049/0.050 secs] [Times: user=0.25 sys=0.00, real=0.05 secs]  
11. 2014-03-31T08:28:50.884+0800: 210169.412: [CMS-concurrent-preclean-start]  
12. 2014-03-31T08:28:51.007+0800: 210169.534: [CMS-concurrent-preclean: 0.123/0.123 secs] [Times: user=0.12 sys=0.00, real=0.12 secs]  
13. 2014-03-31T08:28:51.007+0800: 210169.534: [CMS-concurrent-abortable-preclean-start]  
14. 2014-03-31T08:28:51.007+0800: 210169.534: [CMS-concurrent-abortable-preclean: 0.000/0.000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]  
15. 2014-03-31T08:28:51.007+0800: 210169.535: [GC[YG occupancy: 755007 K (755008 K)]210169.535: [Rescan (parallel) , 0.0059270 secs]210169.541: [weak refs processing, 0.0000110 secs] [1 CMS-remark: 3355177K(3355456K)] 4110185K(4110  
16. 464K), 0.0060740 secs] [Times: user=0.07 sys=0.00, real=0.01 secs]  
17. 2014-03-31T08:28:51.014+0800: 210169.541: [CMS-concurrent-sweep-start]  
18. 2014-03-31T08:28:51.049+0800: 210169.577: [CMS-concurrent-sweep: 0.035/0.035 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.04 secs]  
19. 2014-03-31T08:28:51.049+0800: 210169.577: [CMS-concurrent-reset-start]  
20. 2014-03-31T08:28:51.059+0800: 210169.587: [CMS-concurrent-reset: 0.010/0.010 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]  

           发现FullGC几乎2s一次， 并且每次都回收不了多少内存，但是GC一直都在尝试回收，通过jstat看，展现的也是FullGC频繁，jstat -gccause显示Allocation Failure导致GC。jmap -heap 显示OLD区use已经98%， 但是JVM并没有OOM并Crash。如果Crash，Hypervisor会重启进程，进程就会恢复并重做刚才丢失的数据。但每次回收都能腾出一部分内存，所以JVM并没有Crash掉(后面会将如何避免JVM这种策略)。

          (这里有个小技巧，如果jstat jmap等长时间没响应然后打出来异常日志，可以带-F参数多试几次。)

          用/usr/java/default/bin/jmap -histo 9974查看内存，发现当量的char[]和string在占用，但由于没有trace或者class信息，不能定位问题，于是决定用/usr/java/default/bin/jmap -dump:format=b,file=jvm.dump.hprof 9974将JVM的整个Heap做了个镜像(JVM在oom时候也会自动dump一个hprof文件，文件名规则java_pidxxx.hprof)。此镜像和现在的eden + from/to + old + perm的总和是一样大的:

[java]  view plain  copy

1. [xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx]$ du -sh jvm.dump.hprof   
2. 4.0G    jvm.dump.hprof  

          

          起初，由于文件太大，并且是在线上remote server上，跨机房弄到本地比较慢。后来发现dump出来的hprof里面是大量的文本信息，就用tar压缩了一下，压缩后大小300+M，无奈公司的Heap分析不好用，就忍受了进20分钟，将hprof弄到了本地机器。用MAT(Eclipse MAT也可)分析了一下，注意如果hprof比较大，还要把MAT或者Eclipse的启动参数-Xmx最大堆调到比hprof大些才能分析。如下：

          Eclipse MAT会直接给出建议(Leak suspect)，代码里TaskDispatcher(spring注入的singleton单类)用了过多内存。经过其他统计，TopConsumer，Object Tree等，均印证了TaskDispatcher占用了大量内存，在   中深挖这个TaskDispatcher内存占用，跟踪shallow大小(@注意，shallow heap是这个对象成员引用自身和原始类型占用内存大小，不包含引用到Heap上的。Retained Heap则包括对象成员和成员指向的Heap内存)，最终定位到Java类库ExecutorsService线程池中的BlockingQueue中有5万多元素，每个元素其实是一个日志的Buffer，大小在100k左右。乘下来算大概就是4G。

          

          ExecutorService不太熟悉的同学可以Google，也可以参考我之前的博客Taskqueue队列类似。BlockingQueue是解耦生产者和消费者异步的中间存储队列。在当前场景中，线程池的大小和并发度已经进行了控制，正常情况下，如果消费端正常执行，则BlockingQueue不会太大。消费者是一个存在socket io的程序。难道是网络读写发生了异常或者阻塞？

          后来经日志确认，发现了大量socket exception，那个时候网络出现了长时间的断开。这个socket的读写超时又设置的比较大源，秒级，导致消费端消费BlockingQueue里面的数据速度远小于生产者，导致Queue越来越大。Queue里面的对象又都是强引用，则不断的触发FullGC。

           然后很多同学会好奇，为什么这么频繁的FullGC之后，为什么JVM不Crash呢？原因在于JVM有两个参数没设置：

           -XX:+UseGCOverheadLimit     这个参数代表GC超过多长时间则放弃尝试，直接OOM

        

          后续对代码进行了修改，手动构造new ThreadPoolExecutor(xxx,xxx,xxx,new LinkedBlockingDeque() )自己定义一个BlockingQueue的实例，在进一步，可以自定义ExecutorService的policy来制定如果队列太长了，所做的处理方式。默认的BlockingQueue最大元素是Integer.MAX_VALUE，满了的策略是直接Abort丢掉数据。