JVM问题典型案例定位学习

下面这4个案例来自大神“你假笨”（任职阿里期间，花名：寒泉子）在qcon上的分享，记录一下：

一、类加载死锁

现象：jstack将线程dump出来后，找不到deadlock字样的死锁信息，但是有大量的线程在调用Class.forName加载类

    @CallerSensitive
    public static Class<?> forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
        return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
    }

    private static native Class<?> forName0(String name, boolean initialize,
                                            ClassLoader loader,
                                            Class<?> caller)
        throws ClassNotFoundException;

可以看到forName0是一个native方法，分析该方法的C++源码实现，可以发现使用了锁（细节略）

tips: jstack -m pid (可以看到native的详细输出信息，但不推荐生产上用，极端情况会让应用不稳定)

类加载在底层要加锁的原因也不难理解 ，如上图，如果三个线程并发加载类C，如果没有锁，最后可能会把类的元数据信息，在perm区（JDK8以前的版本，JDK8后取消了Perm区）中存多份，很容易造成内存泄露，所以需要加锁，加锁后变成下面这样：

这个并发加载的情况，从JDK7开始就做了优化，支持并发类加载，但是要使用该功能，必须注册成并行类加载器，否则仍然存在死锁可能。

参考文章：

https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/lang/cl-mt.html

https://www.cnblogs.com/cz123/p/6918708.html

https://www.jianshu.com/p/8e8a5a773648

解决方法：

既然多线程并发加载可能出问题，那么就放在单线程里加载，可参考下面的示例，假设有2个类：Parent及Child

package com.cnblogs.yjmyzz.test;

public class Parent {
    static {
        System.out.println("Parent init.");
    }
    public static final Parent EMPTY = new Child();
    public static void test() {
        System.out.println("test called in class Parent.");
    }
}

及

package com.cnblogs.yjmyzz.test;

public class Child extends Parent {
    static {
        System.out.println("Child init.");
    }
}

如果用2个线程并发加载：

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> new Child(), "T-1").start();
        new Thread(() -> Parent.test(), "T-2").start();
    }

T-1线程中，new Child()时，要先初始化父类Parent，需要加载类Parent，而T-2线程中调用Parent时，其static成员EMPTY又会尝试加载子类Child. 上述这段代码，如果试着运行几次，就有很大概率会遇到死锁：

会一直卡在这里。可以显式在主线程最开始用forName加载这2个类，这样类加载就变成在main线程中串行加载，问题得到解决：

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class.forName("com.cnblogs.yjmyzz.test.Parent");
        Class.forName("com.cnblogs.yjmyzz.test.Child");
        new Thread(() -> new Child(), "T-1").start();
        new Thread(() -> Parent.test(), "T-2").start();
    }

　　

二、FinalReference堆积

现象：用jmap命令分析查看占用内存最多的对象时， 发现java.lang.ref.Finalizer实例排在最前面。

原因：

Object类有一个finalize方法，类似析构器，开发人员可以重载这个方法，用于清理资源。大多数情况下，java并不推荐重载该方法，因为jvm的GC已经把垃圾回收做得很好了。

但如果有某种原因，开发人员确实需要重载该方法：

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        //开发人员自定义的清理逻辑
    }

即：这里有些自定义的清理逻辑。这种重载了finalize方法，且实现代码非空的类，在类加载时会被特殊标识，当实例创建时，被包装成FinalReference，放入一个队列里，当GC发生时，如果该实例被标识为垃圾对象，GC清理完后，会用一个额外的线程（重点：这是1个独立的单线程），从队列里一个个取出来，调用重载的finalize方法，如果这种对象在JVM中有大量实例，而且finalize里的清理逻辑，耗时又比较久的话，单线程忙不过来，只能等到下1个GC周期，才会继续清理，因此造成堆积。

建议：不用使用重载finalize的方式来清理资源。

三、堆外内存不释放

先回顾下堆外内存的分布，对于DirectByteBuffer之类的对象，JVM堆上只存放了其"引用"，如下图，引用指向的实际内存块在JVM堆外（即：实际分配的堆外内存不受GC管控）

GC能管理的只是堆上的"引用"数据，但是这块数据通常又非常小，就算经过GC不停折腾，从年青代晋升到老年代，只要老年代的空间还够，就会一直存活，因此其指向的堆外内存也不会释放。除非发生Full GC，把"引用"数据给干掉了，其指向的堆外内存，才会被释放。

建议：使用-XX:MaxDirectMemorySize参数，限制堆外内存大小。

四、YGC时间不断拉长

现象：随着系统持续运行，单次YGC的时间越来越长。

可能原因：大量调用了String.intern方法，导致字符串的常量池越来越大，而每次YGC都要先mark标记，字符串常量池越大，需要扫描mark的对象也越多，时间就变长了。

排查方法：jmap -histo:live pid 强制触发一次Full GC，这会强制清理字符串常量池StringTable中无效的对象，如果YGC时间恢复，说明大概率就是这个原因。