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

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  在JVM结构实现缓存容器,东方龙马认为最麻烦的事情是要对缓存大小进行控制。为何么原本说?当朋友缓存的是一些值对象(ValueObject)时,有三个白多难点是计算你你这俩些对象(及对象引用的大小)。JVM的API并这样赋予朋友通过简单的调用即可获得对象(及其引用)大小的能力。当然,让你通过ObjectOutputStream又原因分析分析着分析自定义的辦法 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,以后 带来的有三个白多哪此的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)的跳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。原因分析分析着分析有三个白多对象具有强引用,那就同类于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不想回收它。当内存空 间不足英文,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使tcp连接运行异常终止,不想 不想 会靠随意回收具有强引用的对象来处置内存不足英文哪此的问提。

  强引用的例子:辦法 局部变量、JNI变量、类变量,概括起来,不想 不想 所有GC Root引用可达的都在强引用;

  2.软引用(SoftReference)

  原因分析分析着分析有三个白多对象只具有软引用,那就同类于可有可无的生活用品。原因分析分析着分析内存空间足够,垃圾回收器就不想回收它,原因分析分析着分析内存空间不足英文了,就会回收哪此对象的内存。若果垃圾回收器这样回收它,该对象就要能被tcp连接运行使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

  软引用要能和有三个白多引用队列(ReferenceQueue)联合使用,原因分析分析着分析软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你你这俩软引用加入到与之关联的引用队列中。

  3.弱引用(WeakReference)

  原因分析分析着分析有三个白多对象只具有弱引用,那就同类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tcp连接运行扫描它 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是否,一定会回收它的内存。不过,原因分析分析着分析垃圾回收器是有三个白多优先级很低的tcp连接运行, 以后 不一定会调快发现哪此只具有弱引用的对象。

  弱引用要能和有三个白多引用队列(ReferenceQueue)联合使用,原因分析分析着分析弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把你你这俩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,不想 不想 形同虚设,与一些几种引用都在同,虚引用未必会决定对象的生命周期。原因分析分析着分析有三个白多对象仅持有虚引用,这样它就和这样任何引用一样,在任何过后都原因分析分析着分析被垃圾回收。

  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三个白多区别在于:虚引用前要和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收有三个白多对象时,原因分析分析着分析发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存过后,把你你这俩虚引用加入到与之关联的引用队列中。tcp连接运行要能通过判断引用队列中是 否原因分析分析着分析加入了虚引用,来了解被引用的对象是是否将要被垃圾回收。tcp连接运行原因分析分析着分析发现某个虚引用原因分析分析着分析被加入到引用队列,这样就要能在所引用的对象的内存被回收过后采 取必要的行动。

  实际上,虚引用的get,经常返回null。

  java.lang.ref你你这俩包(一阵一阵是java.lang.ref.SoftReference)似乎把开发者从繁琐的以及容易出哪此的问提的内存管理中解放了出来:既不担心在内存消耗不想 时如何快速地释放内存,不想 不想 担心缓存管理不当带来的内存泄漏,事实居然这样么?让朋友来看有三个白多实际的案例。

  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跳出性能哪此的问提,最终用户使用系统时经常跳出挂起(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

接到你你这俩哪此的问提,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哪此的问提分析。最后定位为JVM Heap频繁的Full GC哪此的问提原因分析分析着应用跳出性能故障,参考如下:

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

  以后 有Overhead为50%的GC情况报告;

  分析GC Completed以及Overhead情况报告,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,在故障时间点周围,有非常频繁的Full GC,触发的原原因分析分析着分析JVM Old区满,以后 每次Full GC后,Old区能释放出来的空闲空间相当少;以后 整个JVM总计的空闲Heap仍然有1GB以上的空间。

  性能哪此的问提原因分析分析着:JVM Old区满,频繁的Full GC原因分析分析着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

  继续深入分析哪此的问提,朋友发现了内存中占据 的大对象:

  Class Name | Shallow Heap | Retained Heap

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.WindowCache @ 0x7ff59077b508| 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 |10485750

  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 |95846850

  int |tableSize |350

  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 @ 0x7ffbf473ee50| 48 | 8,264

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.ByteArrayWindow @ 0x7ffbf473b950| 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 2,488,502 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 | 12,504

  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 @ 0x7ffbeee8bc50| 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 | 9,050

  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 | 150,335,888

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d36b1350| 128 | 111,506,864

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff741d9c950| 128 | 92,786,784

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5c56577d0| 128 | 55,945,508

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5d4cb7ed0| 128 | 31,506,712

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5e3ec9c50| 128 | 26,108,840

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff593a07f50| 128 | 21,771,144

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff5923c050| 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 | 16,689,500

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

  org.eclipse.jgit.internal.storage.file.PackFile @ 0x7ff677da56e0| 128 | 13,699,508

  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2,488,50有三个白多,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。

  哪此的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,以后 触发了频繁的Full GC原因分析分析着性能哪此的问提的占据 。过后刚开使的时侯,笔者也犯了有三个白多同样肤浅的错误,建议客户通过增大JVM Heap对哪此的问提进行缓解,但最终的结果是:服务器占据 哪此的问提的频率比设置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。以后 ,RepositoryCache组件这样缓存消耗机制(同类缓存的对象的数量原因分析分析着分析缓存总计大小),而WindowCache组件确实有控制缓存文件数量及总计内存大小,以后 最终的结果与实际让你控制的差距不想 ,并未如设想那样有效地控制内存消耗。

  既然tcp连接运行是使用java.lang.ref.SoftReference保持对缓存对象的引用,参考原本Sun的说法,原因分析分析着分析有三个白多对象只能软引用可达,在内存不足英文时,是要能被回收的,那关键的哪此的问提是JVM的GC如何判定你你这俩SoftReference引用的对象何时能 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,有三个白多全局的变量clock(实际上不想 不想 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占据 时,该值均会被重新设置。 一起,java.lang.ref.SoftReference对象实例均有三个白多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)。不想 不想 ,java.lang.ref.SoftReference对象实例的timestamp属性,保持的是你你这俩对象被访问时的最后一次GC的时间戳;

  当GC占据 时,以下有三个白多因素影响SoftReference引用的对象是是否被回收:

  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。简单理解不想 不想 你你这俩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)。简单地将你你这俩参数理解为有三个白多常量就好,默认值是50;Sun JVM要能通过参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置;

  东方龙马上述的判断简单地理解不想 不想 :原因分析分析着分析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;以后 ,则将其清除;

  举例:有三个白多SoftReference,其属性timestamp值为50,最后一次GC clock值为500,ms_per_mb值为50,以后 空闲空间为1MB,这样表达式:

  500-50<=50*1

  上述表达式返回值为false(50>50),以后 ,你你这俩SoftReference所引用的对象,会被GC所回收;

  原因分析分析着分析此时朋友有4MB的空闲内存,这样你你这俩表达式:

  500-50<=50*4

  上述表达式返回值为true(50<500),以后 ,你你这俩SoftReference所引用的对象,不想被GC所回收;

  前要注意的是,JVM经常保留GC过后访问过的SoftReference引用的对象。为何么?原因分析分析着分析GC过后访问过的对象,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,不想 不想 得出上述的结论;

  参考上述的理论,朋友共要要能估算一下当有三个白多对象仅有SoftReference引用可达时,其最大生命的周期情况报告:

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:50ms(默认值)

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M: 1S

  10M: 10S

  50M: 50S

  50M 50S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:50ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.1S

  10M 1S

  50M 10S

  50M 50S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:10ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.01S

  10M 0.1S

  50M 1S

  50M 10S

  500M 50S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:5ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  2M 0.01S

  20M 0.1S

  50M 1S

  50M 10S

  500M 50S

  SoftRefLRUPolicyMSPerMB:1ms

  空闲空间 清理间隔(生存周期上限)

  1M 0.001S

  10M 0.01S

  50M 0.1S

  50M 1S

  500M 10S

  至此,对于上述案例的故障成因,东方龙马有了有三个白多更高度次的认识:

  设置较大的JVM Heap时,原因分析分析着分析Sun的New Generation与Old Generation比例关系,每一次GC过后,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三个白多较大的值,换言而之,其淘汰的速度较慢。而Old Generation满频繁触发的Full GC以及内存碎片分类整理,使得整个JVM非常卡顿;

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

  当然,故障的根本成因,是tcp连接运行运行代码并未对缓存进行控制;

  上述案例,在未改动代码及特征的情况报告下,通过增大大JVM Heap,以及通过设置参数:-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0处置;

  其它:IBM的JVM针对SoftReference的回收控制,同样有同类参数:-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.

  过后刚开使语:

  JVM的Reference(java.lang.ref.Reference:Since JDK1.2)并未像其描述的那样美好,一阵一阵是java.lang.ref.SoftReference的使用。同样地,即使是使用Reference实现In-Box的缓存,也前要充分考虑其对内存的消耗。原本才使朋友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,希望朋友的宝贵经验和独到见解要能帮助到你。