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

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  在JVM内内外部实现缓存容器,东方龙马认为最麻烦的事情是要对缓存大小进行控制。咋样 会 非要 说?当亲们缓存的是有些值对象(ValueObject)时,有有有十几个 难点是计算你你这个 些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并非要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,给你通过ObjectOutputStream又原因 自定义的最好的方式 将对象转去掉 二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,有些带来的有有有十几个 问题报告 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)的出现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。原因 有有有十几个 对象具有强引用,那就例如于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不会回收它。当内存空 间严重不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使多多程序运行 异常终止,有些会靠随意回收具有强引用的对象来外理内存严重不足问题报告 。

  强引用的例子:最好的方式 局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,有些所有GC Root引用可达的不会强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  原因 有有有十几个 对象只具有软引用,那就例如于可有可无的生活用品。原因 内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它,原因 内存空间严重不足了,就会回收那些对象的内存。假使 垃圾回收器非要回收它,该对象就能非要被多多程序运行 使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用能非要和有有有十几个 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,原因 软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你你这个 软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  原因 有有有十几个 对象只具有弱引用,那就例如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。在垃圾回收器多程序运行 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,不会回收它的内存。不过,原因 垃圾回收器是有有有十几个 优先级很低的多程序运行 , 有些不不会放慢发现那些只具有弱引用的对象。

  弱引用能非要和有有有十几个 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,原因 弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你你这个 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,有些形同虚设,与有些几种引用不会同,虚引用不会说会决定对象的生命周期。原因 有有有十几个 对象仅持有虚引用,非要它就和非要任何引用一样,在任何前一天都原因 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有有十几个 区别在于:虚引用不会 和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收有有有十几个 对象时,原因 发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存前一天,把你你这个 虚引用加入到与之关联的引用队列中。多多程序运行 能非要通过判断引用队列中是 否原因 加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。多多程序运行 原因 发现某个虚引用原因 被加入到引用队列,非要就能非要在所引用的对象的内存被回收前一天采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,经常 返回null。

  java.lang.ref你你这个 包(有点硬是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出问题报告 的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗很多时咋样快速地释放内存,有些担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实岂不会非要么?让亲们来看有有有十几个 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出现性能问题报告 ,最终用户使用系统时经常 出现挂起(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

接到你你这个 问题报告 ,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报告 分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC问题报告 原因 应用出现性能故障,参考如下:

  JVM GC日志显示,每一次GC前一天,JVM Heap空闲的空间仍然有1GB以上的空间可用;

  有些有Overhead为5000%的GC情况;

  分析GC Completed以及Overhead情况,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,在故障时间点随近,有非常频繁的Full GC,触发的原因 为JVM Old区满,有些每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;有些整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能问题报告 原因 :JVM Old区满,频繁的Full GC原因 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

  继续深入分析问题报告 ,亲们发现了内存中所处的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b5008| 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 |104857500

  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 |958468500

  int |tableSize |3500

  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 @ 0x7ffbf473ee500| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b9500| 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 2,488,5002 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 | 12,5004

  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 @ 0x7ffbeee8bc500| 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 | 9,0500

  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 | 1500,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b13500| 128 | 111,5006,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c9500| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,5008

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,5006,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c500| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f500| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c05000| 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 | 16,689,5000

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,5008

  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2,488,500有有有十几个 ,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。

  问题报告 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,有些触发了频繁的Full GC原因 性能问题报告 的所处。开始英文了了的时侯,笔者也犯了有有有十几个 同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对问题报告 进行缓解,但最终的结果是:服务器所处问题报告 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。有些,RepositoryCache组件非要缓存消耗机制(例如缓存的对象的数量原因 缓存总计大小),而WindowCache组件虽然有控制缓存文件数量及总计内存大小,有些最终的结果与实际让你控制的差距很多,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然多多程序运行 是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考非要 Sun的说法,原因 有有有十几个 对象非要软引用可达,在内存严重不足时,是能非要被回收的,那关键的问题报告 是JVM的GC咋样判定你你这个 SoftReference引用的对象多会儿被回收?

  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,有有有有十几个 全局的变量clock(实际上有些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所处时,该值均会被重新设置。 一并,java.lang.ref.SoftReference对象实例均有有有有十几个 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)。有些,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是你你这个 对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC所处时,以下有有有十几个 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。简单理解有些你你这个 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)。简单地将你你这个 参数理解为有有有十几个 常量就好,默认值是50000;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有些:原因 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;有些,则将其清除;

  举例:有有有有十几个 SoftReference,其属性timestamp值为5000,最后一次GC clock值为50000,ms_per_mb值为50000,有些空闲空间为1MB,非要表达式:

  50000-5000<=50000*1

  上述表达式返回值为false(5000>50000),有些,你你这个 SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  原因 此时亲们有4MB的空闲内存,非要你你这个 表达式:

  50000-5000<=50000*4

  上述表达式返回值为true(5000<5000),有些,你你这个 SoftReference所引用的对象,不会被GC所回收;

  不会 注意的是,JVM经常 保留GC前一天访问过的SoftReference引用的对象。咋样 会 ?原因 GC前一天访问过的对象,clock-timestamp经常 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经常 返回true,有些得出上述的结论;

  参考上述的理论,亲们为宜能非要估算一下当有有有十几个 对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期情况:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:50000ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  5000M: 5000S

  50000M 50000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5000ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  5000M 10S

  50000M 5000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  5000M 1S

  50000M 10S

  500000M 5000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  500M 1S

  5000M 10S

  50000M 5000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  5000M 0.1S

  50000M 1S

  500000M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了有有有十几个 更速率次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,原因 Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC前一天,New Generation释放出来的空闲空间的数量,经常 使SoftReference引用的对象的生存周期保持在有有有十几个 较大的值,换言而之,其淘汰的速率较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片整理,使得整个JVM非常卡顿;

  而设置更大的JVM Heap后,使得每一次GC前一天,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了你你这个 故障的情况;

  当然,故障的根本成因,是应用多多程序运行 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 的情况下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0外理;

  其它:IBM的JVM针对SoftReference的回收控制,同样有例如参数:-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.

  开始英文了了语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,有点硬是java.lang.ref.SoftReference的使用。同样地,即使是使用Reference实现In-Box的缓存,可是 需要 充分考虑其对内存的消耗。非要 才使亲们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,希望亲们的宝贵经验和独到见解能非要帮助到你。