【JVM调优】内存溢出+CPU占用过高:问题排查+解决方案+复盘

前言

最近刚上线了一款社交项目，运行十多天后（运营持续每天推量），发现问题：

• 系统OOM（资源不能被释放）导致服务器频繁且长时间FGC导致服务器CPU持续飚高
• 日志中内存溢出:java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
• 程序十分卡顿，严重影响用户使用

从以下方面，为大家分享此次问题解决流程

• 问题出现现象
• 临时解决方案
• 复现问题
• 定位问题发生原因
• 优化代码
• 优化后进行压测，上线
• 复盘

学完本博文，你的收获

• 排查内存溢出的思路
• 排查内存溢出过程中用到的命令及工具（Linux命令，Eclipse Memory Anaylzer[MAT]）
• 定位系统内存溢出的代码，并进行优化
• 此次内存溢出问题复盘

解决方案流程图

问题&临时解决方案&定位问题&最终解决方案

• 问题：

• 业务反馈程序用的十分卡，同时测试自己测的也十分卡
• 从ELK收集的请求日志发现确实存在问题，线上是两台部署：两台机器上都是，一次请求耗时由原来的几毫秒变为10几秒
• CPU跑的过高，当时是4核，CPU持续飙到350%+；
• 当时一台服务器CPU截图：
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• 临时解决方案

• 当时为了减少对业务影响，直接将生产两台服务器上的项目进行重启
• 项目启动参数中没有加内存溢出日志输出（后续博客为大家介绍JVM调优时讲解启动命令中加内存溢出日志输出），重启后出问题时项目的JVM信息丢失了

• 复现问题方式：在开发环境对程序进行持续压测;压测相关服务器配置：

• 服务器配置:8核，16G
• 项目启动内存：136M
• Jmeter持续(循环)压发消息接口10分钟

• 定位问题

• top命令查看最耗CPU的进程（进程:17038;CPU持续飙到595%+）

1. # 输入top命令后键入P(大写P),进程按照CPU从高到底排序
2. top

• 查看该进程中最耗CPU的线程(发现有一些线程占用CPU较高)

1. # 17038为进程号,键入P(大写P),该进程中的线程按照CPU从高到底排序
2. top -Hp 17038

• 将线程号转为16进制,同时查看这些线程当前正在干什么（在此以17045线程为例）

1. # 将线程号转为16进制;其中17045为线程号
2. printf '%x\n' 17045
3. # 17038为进程号,0x4295为最耗CPU线程的十六进制
4. jstack 17038 | grep '0x4295' -C10 --color

• 可以看到最耗CPU的线程都是在进行GC
• 用Jmap命令查看当前堆的使用情况(发现老年代现在已占用99.8%+)

1. # 其中17038为进程号
2. jmap -heap 17038

• 查看gc频率的命令（其中O代表老年代占用率，FGC是FullGC次数，FGCT是fullGC时间；可以看出在频繁FullGC但是老年代有资源一直释放不掉）

1. # 其中17038为进程号,5000是指每5秒(5000毫秒)输出一次
2. jstat -gcutil 17038 5000

• 通过分析出问题时线上日志发现内存溢出；至此定位到问题根源是内存溢出导致（有未释放资源堆积，导致老年代被占满，然后频繁的FullGC但是资源一直释放不了）

grep -m 10 'OutOfMemoryError' *.log

• 分析问题产生原因

• 由于线上当时直接重启，未能保留当时的JVM内存文件；在开发环境进行循环压测，复现线上问题，然后导出dump文件进行分析找到原因
• 生成dump文件命令

1. # 其中fileName是导出后dump名称,pid为进程号
2. jmap -dump:format=b,file=fileName.dump pid

• 将dump文件导出到本地，用Eclipse Memary Analysis（MAT官网下载地址） 进行分析
• MAT导入dump文件
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• 按对象排序视图进行查看（总览中看到对象总个数:14.1百万个）

• 发现有两个类（ClassClassPath，ClassClassPathList）占用比较大，这两个类约占对象总数的83%（计算方式:5873361*2/14100000=83%）
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• 分析代码

• 去代码中全局搜这两个类，发现只有在打日志的时候用到ClassClassPath类

• 分析ClassClassPath相关代码：

• 用到ClassClassPath对象是一个静态的ClassPool；
• 问题原因:classPath一直被静态的全局pool所持有，导致GC一直释放不掉；
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• 当然顺着代码，顺藤摸瓜也找到了ClassPathList

• 优化代码：每次用完ClassClassPath后将其释放

• 每次对象使用完后从静态pool中移除
• 注意:classPath=null这种方式是不能释放掉的

• 优化后再次进行验证

• 开发环境循环压测，用MAT分析dump文件，发现内存中已不再堆积ClassClassPath类;优化前后接口吞吐量也提升8.2%
• 进行线上发布，观察一周后，对内存分析发现正常

• 复盘：

• 项目比对：

• 为快速开发，社交的代码从原来金融项目基础上改造而来；
• 原来金融项目没有内存溢出，而社交项目为什么内存溢出？
• 通过ELK统计一段时间的访问量结果：

• 社交目前日访问后台量65w+
• 金融项目只有4.5W+

• 社交和金融项目业务类型不一样，所呈现出的特点也不同
• 去生产的金融项目中dump内存文件，用MAT工具分析，发现也存在ClassClassPath类堆积释放不掉，只不过由于访问量少，堆积量未占满老年代而已；果断在金融项目迭代时将其优化；

• 程序预警：为减少业务影响，增加接口耗时的预警（后续博文为大家共享）；实现方式：

- 在每次程序处理完进行预警（比如本次请求>阈值）;缺点：消耗性能影响正常业务

- 在ELK清洗时用相关插件进行预警；优点：和业务解耦，对业务无影响

• 服务器预警：运维增加CPU内存，日志内存溢出监控

总结

• 解决内存溢出过程总结：

• 不同的项目导致内存溢出原因是不同的；
• 重要的是排查思路
• 经过不断的耐心的去观察，测试，分析才能定位到问题并最终解决问题

• 在这次分析内存溢出过程中，我们也针对我们项目的JVM启动参数进行了调优