又抓了一个导致频繁GC的鬼--数组动态扩容

概述

本周有个同事过来咨询一个比较诡异的gc问题，大概现象是，系统一直在做cms gc，但是老生代一直不降下去，但是执行一次jmap -histo:live之后，也就是主动触发一次full gc之后，通过jstat -gcutil来看老生代一下就降下去了，初看下理论上不太可能，因为full gc也会对old做回收，于是我要同事针对他们的场景写了一个简单的demo出来，然后果然还真能重现，不过他的demo设置的Heap有32G，于是我通过慢慢调整，最终在很小的内存下也能重现出来

Demo

测试代码如下：

正如我上面注释里写的JVM参数，控制新生代200M，老生代300M，老生代使用率达到90%的时候触发CMS GC，大家可以跑跑看，这种情况下会发现不断做CMS GC，但是老生代就是不降下去，但是只要你主动触发一次Full GC，老生代立马就会回收。
当allocateMemory方法执行完之后，期待的结果是gc之后List及里面的byte数组都应该被回收掉，可是事实并不是这样的

初步定位

这段代码非常简单，我翻来覆去地看着这段代码，试图想改变点什么，能让问题出现峰回路转，我不断地控制for循环的次数和每次分配的内存大小，最终我将目标转移到那个ArrayList上，List里有个数组，在add过程中如果发现数组不够了，于是会进行扩容，那扩容就是创建新的数组，将老的对象放到新数组里，那我试想要是不做扩容会不会有问题？于是我开始调整ArrayList的初始化大小，当我调到一定大小，保证在add过程中不会做扩容，问题真出现了反转，居然能正常回收了，比如上面的demo，将数组长度设置为len，那结果就完全不一样了，老生代很快就被回收了
那目标能锁定到数组扩容了

数组扩容

ArrayList里的数组扩容，使用的是System.arrayCopy调用，这是一个native方法，在java层面创建一个新的长度的数组，然后将老数组和新数组都传进去，在native里将老数组里的元素指针拷贝到新数组里，其实做的是浅拷贝，反复看native这块实现，也基本解释不通那个现象，一度怀疑我对GC的理解了，是不是有哪些细节没有注意到。
经过我内存dump分析，发现上面Demo里的List对象确实被回收了，但是List里的数组没有被回收，这个数组里的byte数组都没有被回收

原来是这个鬼

带着百思不得其解的疑惑和我们组同事讨论，看看还有没有其他可能的没考虑到疑惑点，开始也都觉得疑惑，后来传胜突然想到会不会是存在跨代引用的问题，于是回过来仔细再想想每个步骤，好像还真有可能，因为传给System.arrayCopy的新数组是在java层面构建传进来的，在新生代分配的可能性最大，这样再加上拷贝仅仅是浅拷贝，那么老生代里的byte数组因为存在新生代里新数组的引用，那仅仅做CMS GC就不可能回收这些老生代的对象了，因为CMS GC的一个gc root就是新生代里的对象

那何解

至此终于抓出了那个鬼，于是想应对策略，既然这样，只要保证在cms gc回收old之前做一次ygc就能保证新生代里的那个新数组被回收而没有指向老生代那些byte数组，那么这些数组就能正常被cms gc回收了，所以加上-XX:+CMSScavengeBeforeRemark即可解此问题。

一起来学习吧：

PerfMa KO 系列课之 JVM 参数【Memory篇】

实战：OOM 后我如何分析解决的