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

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  在JVM内部人员实现缓存容器,东方龙马认为最麻烦的事情是要对缓存大小进行控制。为什么在么在会 会 否则说?当让我们缓存的是某些值对象(ValueObject)时,有四个难点是计算某些些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并这样赋予让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,让人通过ObjectOutputStream又可能自定义的法子将对象转加进二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,否则带来的有四个问题报告 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)的出先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。可能有四个对象具有强引用,那就类似必不可少的生活用品,垃圾回收器绝这样多回收它。当内存空 间匮乏,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使任务管理器异常终止,否则会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存匮乏问题报告 。

  强引用的例子:法子局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,否则所有GC Root引用可达的后会强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  可能有四个对象只具有软引用,那就类似可有可无的生活用品。可能内存空间足够,垃圾回收器就这样多回收它,可能内存空间匮乏了,就会回收哪几种对象的内存。假如有一天垃圾回收器这样回收它,该对象就都还要被任务管理器使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用都还要和有四个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,可能软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把某些软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  可能有四个对象只具有弱引用,那就类似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不是,后会回收它的内存。不过,可能垃圾回收器是有四个优先级很低的任务管理器, 否则不后会减慢发现哪几种只具有弱引用的对象。

  弱引用都还要和有四个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,可能弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把某些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,否则形同虚设,与某些几种引用后会同,虚引用从这样多决定对象的生命周期。可能有四个对象仅持有虚引用,这样它就和这样任何引用一样,在任何之前 都可能被垃圾回收。

  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四个区别在于: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四个对象时,可能发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前 ,把某些虚引用加入到与之关联的引用队列中。任务管理器都还要通过判断引用队列中是 否可能加入了虚引用,来了解被引用的对象不是将要被垃圾回收。任务管理器可能发现某个虚引用可能被加入到引用队列,这样就都还要在所引用的对象的内存被回收之前 采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,总爱 返回null。

  java.lang.ref某些包(有点儿是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这样来越多时要怎样快速地释放内存,否则担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实着实 这样么?让让我们来看有四个实际的案例。

  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先性能问题报告 ,最终用户使用系统时出先挂起(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

接到某些问题报告 ,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 原困应用出先性能故障,参考如下:

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

  否则有Overhead为80%的GC情況;

  分析GC Completed以及Overhead情況,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,在故障时间点俯近,有非常频繁的Full GC,触发的原可能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。

  性能问题报告 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

  继续深入分析问题报告 ,让我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 @ 0x7ff59077b808| 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 |10485780

  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 |95846880

  int |tableSize |380

  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 @ 0x7ffbf473ee80| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b980| 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 2,488,802 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 | 12,804

  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 @ 0x7ffbeee8bc80| 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 | 9,080

  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 | 180,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b1380| 128 | 111,806,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c980| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,808

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,806,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c80| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f80| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c080| 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 | 16,689,800

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,808

  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2,488,80有四个,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,否则触发了频繁的Full GC原困性能问题报告 的所处。开使的时侯,笔者也犯了有四个同样肤浅的错误,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。否则,RepositoryCache组件这样缓存消耗机制(类似缓存的对象的数量可能缓存总计大小),而WindowCache组件着实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让你控制的差距这样来越多,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然任务管理器是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考否则Sun的说法,可能有四个对象只能软引用可达,在内存匮乏时,是都还要被回收的,那关键的问题报告 是JVM的GC要怎样判定某些SoftReference引用的对象何时被回收?

  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,有四个全局的变量clock(实际上否则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。 一起去,java.lang.ref.SoftReference对象实例均有四个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)。统统,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是某些对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC所处时,以下有四个因素影响SoftReference引用的对象不是被回收:

  1、SoftReference 对象实例的timestamp有多旧;

  2、内存空闲空间的大小;

  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。简单理解否则某些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)。简单地将某些参数理解为有四个常量就好,默认值是800;Sun JVM都还要通过参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置;

  东方龙马上述的判断简单地理解否则:可能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:有四个SoftReference,其属性timestamp值为800,最后一次GC clock值为8000,ms_per_mb值为800,否则空闲空间为1MB,这样表达式:

  8000-800<=800*1

  上述表达式返回值为false(800>800),否则,某些SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  可能此时让我们有4MB的空闲内存,这样某些表达式:

  8000-800<=800*4

  上述表达式返回值为true(800<800),否则,某些SoftReference所引用的对象,这样多被GC所回收;

  还要注意的是,JVM总爱 保留GC之前 访问过的SoftReference引用的对象。为什么在么在会 会 ?可能GC之前 访问过的对象,clock-timestamp总爱 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总爱 返回true,统统得出上述的结论;

  参考上述的理论,让我们相当于都还要估算一下当有四个对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期情況:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:800ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  80M: 80S

  800M 800S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:80ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  80M 10S

  800M 80S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  80M 1S

  800M 10S

  8000M 80S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  80M 1S

  800M 10S

  8000M 80S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  80M 0.1S

  800M 1S

  8000M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了有四个更层厚次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,可能Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC之前 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量,总爱 使SoftReference引用的对象的生存周期保持在有四个较大的值,换言而之,其淘汰的速率单位单位较慢。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之前 ,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了某些故障的情況;

  当然,故障的根本成因,是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況下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0解决;

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

  开使语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,有点儿是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。否则才使让我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,希望让我们的宝贵经验和独到见解都还要帮助到你。