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

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  在JVM内部管理实现缓存容器,东方龙马认为最麻烦的事情是要对缓存大小进行控制。为什么会么会会 会 没人 说?当大家缓存的是或多或少值对象(ValueObject)时,没人 难点是计算或多或少些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并没人赋予大家通过简单的调用即可获得对象(及其引用)大小的能力。当然,让他通过ObjectOutputStream又假如自定义的土法律依据将对象转添加二进制数据[bytes],从而做到精确控制缓存占用的内存,假如带来的没人 问提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)的老会 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。假如没人 对象具有强引用,那就这种 于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝无需回收它。当内存空 间缺陷,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序运行池池异常终止,好多好多 会靠随意回收具有强引用的对象来除理内存缺陷问提。

  强引用的例子:土法律依据局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,好多好多 所有GC Root引用可达的都在强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  假如没人 对象只具有软引用,那就这种 于可有可无的生活用品。假如内存空间足够,垃圾回收器就无需回收它,假如内存空间缺陷了,就会回收有有哪些对象的内存。假如垃圾回收器没人回收它,该对象就能没人被程序运行池池使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用能没人和没人 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,假如软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把或多或少软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  假如没人 对象只具有弱引用,那就这种 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。在垃圾回收器程序运行池扫描它 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,都会回收它的内存。不过,假如垃圾回收器是没人 优先级很低的程序运行池, 假如不都会减慢发现有有哪些只具有弱引用的对象。

  弱引用能没人和没人 引用队列(ReferenceQueue)联合使用,假如弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把或多或少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,好多好多 形同虚设,与或多或少几种引用都在同,虚引用不须会决定对象的生命周期。假如没人 对象仅持有虚引用,没人它就和没人任何引用一样,在任何以后都假如被垃圾回收。

  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没人 区别在于:虚引用不还可不可以 和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收没人 对象时,假如发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存以后,把或多或少虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序运行池池能没人通过判断引用队列中是 否假如加入了虚引用,来了解被引用的对象不是将要被垃圾回收。程序运行池池假如发现某个虚引用假如被加入到引用队列,没人就能没人在所引用的对象的内存被回收以后采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,老会 返回null。

  java.lang.ref或多或少包(很重是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出问提的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗很多时如保快速地释放内存,好多好多 担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实大家说没人么?让大家来看没人 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老会 总出 性能问提,最终用户使用系统时老会 老会 总出 挂起(无响应)。运行环境如下:

  OS:Linux

  上端件:Gerrit2

  JDK:Sun JDK1.8_0_x

  JVM Heap分配:16G/32G

接到或多或少问提,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提分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC问提意味 应用老会 总出 性能故障,参考如下:

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

  假如有Overhead为200%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,在故障时间点符近,有非常频繁的Full GC,触发的原假如JVM Old区满,假如每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;假如整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能问提意味 :JVM Old区满,频繁的Full GC意味 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

  继续深入分析问提,大家发现了内存中居于的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b2008| 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 |104857200

  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 |958468200

  int |tableSize |3200

  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 @ 0x7ffbf473ee200| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b9200| 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 2,488,2002 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 | 12,2004

  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 @ 0x7ffbeee8bc200| 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 | 9,0200

  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 | 1200,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b13200| 128 | 111,2006,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c9200| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,2008

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,2006,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c200| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f200| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c0200| 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 | 16,689,2000

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,2008

  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2,488,200没人 ,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。

  问提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,假如触发了频繁的Full GC意味 性能问提的居于。开使英语 的时侯,笔者也犯了没人 同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对问提进行缓解,但最终的结果是:服务器居于问提的频率比设置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。假如,RepositoryCache组件没人缓存消耗机制(这种 缓存的对象的数量假如缓存总计大小),而WindowCache组件其实有控制缓存文件数量及总计内存大小,假如最终的结果与实际要我控制的差距很多,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然程序运行池池是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考没人 Sun的说法,假如没人 对象没人软引用可达,在内存缺陷时,是能没人被回收的,那关键的问提是JVM的GC如保判定或多或少SoftReference引用的对象什么时间被回收?

  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,有没人 全局的变量clock(实际上好多好多 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居于时,该值均会被重新设置。 并肩,java.lang.ref.SoftReference对象实例均有没人 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)。好多好多 ,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是或多或少对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC居于时,以下没人 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。简单理解好多好多 或多或少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)。简单地将或多或少参数理解为没人 常量就好,默认值是2000;Sun JVM能没人通过参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置;

  东方龙马上述的判断简单地理解好多好多 :假如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;假如,则将其清除;

  举例:有没人 SoftReference,其属性timestamp值为2000,最后一次GC clock值为20000,ms_per_mb值为2000,假如空闲空间为1MB,没人表达式:

  20000-2000<=2000*1

  上述表达式返回值为false(2000>2000),假如,或多或少SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  假没人时大家有4MB的空闲内存,没人或多或少表达式:

  20000-2000<=2000*4

  上述表达式返回值为true(2000<2000),假如,或多或少SoftReference所引用的对象,无需被GC所回收;

  不还可不可以 注意的是,JVM老会 保留GC以后访问过的SoftReference引用的对象。为什么会么会会 会 ?假如GC以后访问过的对象,clock-timestamp老会 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老会 返回true,好多好多 得出上述的结论;

  参考上述的理论,大家离米 能没人估算一下当没人 对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期情况:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:2000ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  200M: 200S

  2000M 2000S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:200ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  200M 10S

  2000M 200S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  200M 1S

  2000M 10S

  20000M 200S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  200M 1S

  2000M 10S

  20000M 200S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  200M 0.1S

  2000M 1S

  20000M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了没人 更层厚次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,假如Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC以后,New Generation释放出来的空闲空间的数量,老会 使SoftReference引用的对象的生存周期保持在没人 较大的值,换言而之,其淘汰的效率较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片挂接,使得整个JVM非常卡顿;

  而设置更大的JVM Heap后,使得每一次GC以后,New Generation释放出来的空闲空间的数量更多,从而加剧了或多或少故障的情况;

  当然,故障的根本成因,是程序运行运行池池代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及特性的情况下,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,同样有这种 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.

  开使英语 语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,很重是java.lang.ref.SoftReference的使用。同样地,即使是使用Reference实现In-Box的缓存,可是我我需要 充分考虑其对内存的消耗。没人 才使大家的应用运行得更稳定。

  东方龙马凭借在数据库,上端件领域耕耘20余年,希望大家的宝贵经验和独到见解能没人帮助到你。