程序员楼下闲聊某次jvm崩溃排查

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大望路某写字楼下。猿 A：上家公司的时候，我们组那个项目，每天半夜会跑个大批量数据处理的定时任务，然后程序经常崩溃。我：哦？那怎么处理的
猿 A：当时的架构有点水，说让调整“伊甸园”和“from-to”的比例……崩溃和这个就没关系
我：少年，你成功引起了我的注意。来来来，请你喝饮料，好好聊聊当时的情况。

业务场景

“猿 A”是我的同事兼死党，和他详聊后大概明白了当时的场景。

据我理解，那个定时任务，会从 hive 里拿出超多的数据（据说 2 亿左右），按具体业务做数据整合和处理，最终推送到 es（elasticsearch）中。（hive 什么的我没搞过，但不妨碍要讨论的东西）

业务处理部分，使用了线程池FixedThreadPool。

模拟解决过程

问题定位

猿 A：那时候怀疑是内存 OOM 导致的 jvm 崩溃，进而怀疑大量对象 GC 回收不了，于是打了 GC 日志。我：嗯，没用 hs_err_pid_xxx.log 分析吗？猿 A：当时小，还不会这个技能……

死党“猿 A”当时的解决过程比较粗暴，有了怀疑就直接在启动参数增加了-XX:+PrintGC。此命令会打印 GC 日志，姑且认为生产环境使用 GC 是 CMS，写个 demo 模拟当时的场景。

public class CMSGCLogs {
    // 启动参数：-Xmx10m -Xms10m -Xmn4M -XX:+PrintGC -XX:+UseConcMarkSweepGC
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 线程数设置为 1，起名 `T-1`
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(1, new ThreadFactory() {
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {return new Thread(r,"T-1");
            }
        });

        boolean flag = true;
        while (flag){es.execute(()->{
                try {byte[] bytes = new byte[1024*1000*1];    // 模拟从 hive 中读取了大量数据（1M）TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50L);   // 模拟写入 es 过程
                } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        es.shutdown();}
}

先背一段线程池的处理过程。

线程池接收请求，小于核心线程数时，会创建线程，直到等于核心线程数。之后，核心线程数消化不了的请求放入阻塞队列中。再后，阻塞队列也放满了，再继续创建线程，直到最大线程数。最大线程也扛不住依然汹涌的请求，执行拒绝策略。

fixed 线程池，作为线程池家族中的一员，也满足上述规则。
差别在于它的 核心线程数 = 最大线程数，然后阻塞队列（LinkedBlockingQueue）是无界的。

# 源码中 fixed 线程池创建
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                  threadFactory);
}

运行一下，demo 执行结果大概长这样：

[GC (Allocation Failure)  3302K->1174K(9856K), 0.0037023 secs]
[GC (Allocation Failure)  3664K->1541K(9856K), 0.0014799 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  1541K->1446K(9856K), 0.0039197 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  1446K->1387K(9856K), 0.0037783 secs]
## 线程 T -1 OOM
Exception in thread "T-1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.evolution.gc.CMSGCLogs.lambda$main$0(CMSGCLogs.java:44)
    at com.evolution.gc.CMSGCLogs$$Lambda$1/233530418.run(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

...

[Full GC (Allocation Failure)  9676K->9676K(9856K), 0.0253352 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  9676K->9676K(9856K), 0.0190795 secs]
## 线程 T -1 OOM
Exception in thread "T-1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread "T-1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

...

[GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0051677 secs]
## 线程 main OOM
Exception in thread "main" [Full GC (Allocation Failure)  9855K->9855K(9856K), 0.0211383 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  9855K->9855K(9856K), 0.0203374 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  9855K->9855K(9856K), 0.0433360 secs]
[GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0029999 secs]
[Full GC (Allocation Failure) java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 9855K->9855K(9856K), 0.0249560 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  9855K->9854K(9856K), 0.0244291 secs]
[GC (CMS Initial Mark)  9854K(9856K), 0.0063567 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  9854K->9854K(9856K), 0.0208301 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  9854K->9854K(9856K), 0.0346616 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  9855K->1147K(9856K), 0.0067034 secs]
*** java.lang.instrument ASSERTION FAILED ***: "!errorOutstanding" with message can't create byte arrau at JPLISAgent.c line: 813

Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "T-1"

Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"

其实对 fixed 线程池熟悉的朋友，在看到使用的是这位爷的时候，就能猜出问题是什么了——Fixed 线程池的无界队列，会使试图无限存储任务，直到内存溢出。
从 GC 日志来看也确实是这个路数，还很贴心的指出了哪个线程，哪个对象，甚至是哪行异常了（at com.evolution.gc.CMSGCLogs$$Lambda$1/233530418.run(Unknown Source)，当然我这里用了内部类和函数式，所以看着稍微费劲些）。

支线任务 1：子线程 OOM 问题

但有一点和我想象的不一样，日志中 线程 T -1崩溃了多次，程序依然坚挺了一阵，才迎来了线程 main 的崩溃。

这就奇怪了，堆内存不是公用的吗？子线程 T - 1 都崩溃了，为什么没带动整个 JVM 崩溃？

因此，我用 VisualVM 观察了内存情况：

图中的断崖处就是线程 T -1 OOM 的时候，再求证了相关资料后，得出结论：当某一线程（T-1）OOM 的时候，会把该线程占用的内存释放，而不影响其它线程（main）！

详细过程是这样的：

  1. 线程 T -1业务处理较慢（TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50L);），任务又大量的涌过来，致使 fixed 线程池 的阻塞队列疯狂储备待执行任务，内存逐渐吃紧；
  2. 线程 T -1每次执行又会占用 1M 内存（byte[] bytes = new byte[102410001];），由于内存不足（内存被阻塞队列占据了，已不足 1M），线程 T - 1 无奈宣告崩溃；
  3. 随着 线程 T -1的崩溃，会把资源释放出来，重新进入循环（下一轮循环，线程 T - 1 继续崩溃……），直到某个契机把线程 main 也搞崩溃了，整个 JVM 才崩溃退出

支线任务 2：CMS 的 STP

我在 demo 调试时，无意间改大过模拟写入 es 的时间，表示耗时更长（如下）：

while (flag){es.execute(()->{
        try {byte[] bytes = new byte[1024*1000*1];
            TimeUnit.HOURS.sleep(50L);    ## 直接把单位从 `MILLISECONDS` 改成 `HOURS` 了
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
        }
    });
}

原本以为这样会使 jvm 崩溃的更快——线程 T -1 50 个小时才能执行完，任务又无尽积压，jvm 理应更快的走向灭亡。
结果却事与愿违！

程序执行的效果变成了这样：

31.949: [GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0033049 secs]
31.966: [GC (CMS Final Remark)  9855K(9856K), 0.0046193 secs]
32.401: [Full GC (Allocation Failure)  9855K->9855K(9856K), 0.0243874 secs]
32.425: [Full GC (Allocation Failure)  9855K->9855K(9856K), 0.0240275 secs]
32.450: [GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0033793 secs]
32.466: [GC (CMS Final Remark)  9855K(9856K), 0.0048207 secs]
34.473: [GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0033645 secs]
34.485: [GC (CMS Final Remark)  9855K(9856K), 0.0046805 secs]
36.491: [GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0032574 secs]
...
109.890: [GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0038242 secs]
109.902: [GC (CMS Final Remark)  9855K(9856K), 0.0053191 secs]
111.909: [GC (CMS Initial Mark)  9855K(9856K), 0.0106591 secs]
111.945: [GC (CMS Final Remark)  9855K(9856K), 0.0059029 secs]

我得到了无尽的 CMS Initial Mark 和CMS Final Remark。

VisualVM 的分析图长这样：

内存将将满，就是等不到“压倒骆驼的最后一根稻草”。
仔细思考了一番，想起 CMS 执行过程中有两个 stop the world（STP）的环节，似乎就是初始标记（CMS Initial Mark）和最终标记（CMS Final Remark） 两兄弟？

那这个现象就能解释通了：
随着堆内存的占满，CMS 收集器开始执行，但两个标记环节怎么执行都发现没有能回收的资源。（1M 的 bytes 不能回收，因为 50 小时的休眠后还能用到；阻塞队列中的任务也不能回收，jvm 觉得总会执行这些任务的）
因此，内存吃紧 jvm 崩溃前夕，CMS 就不断执行初始标记和最终标记，而两个命令会导致用户线程（线程 T -1）停止，没机会再给 jvm 添堵。
于是就这样微妙的保持了诡异的平衡……

解决方案

以上两个支线任务是我 demo 模拟中遇到的魑魅魍魉，猿 A 同志并没有搞出这么多弯弯绕（当然他可能有其它际遇）。
既然已经定位到了问题产生于FixedThreadPool，那么换掉它就好，自己new ThreadPoolExecutor。

  • 参数指定 有界队列
  • 修改拒绝策略为ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy

拒绝策略默认是 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy，表现为 丢弃任务并抛出异常 ；而ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 则不劳烦线程池，直接交由原线程执行任务（demo 中就是不麻烦线程 T - 1 了，线程 main 顶上）

Tip：这里给出全部策略，做个参考 ↓↓↓

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy: 丢弃任务并抛出 RejectedExecutionException 异常。ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

修改之后的 demo 代码：

public class CMSGCLogs {
    //-Xmx10m -Xms10m -Xmn4M -XX:+PrintGC -XX:+UseConcMarkSweepGC
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue list = new ArrayBlockingQueue(20);    // 修改 1：有界队列
        ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                0, TimeUnit.MILLISECONDS, list, new ThreadFactory() {
                    @Override
                    public Thread newThread(Runnable r) {return new Thread(r,"T-1");
                    }
                },
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());   // 修改 2：更换拒绝策略
        boolean flag = true;
        while (flag){es.execute(()->{
                try {byte[] bytes = new byte[1024*1000*1];
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50L);
                    System.out.println(String.format("curThread=%s,run task!",Thread.currentThread())); // 打印执行线程
                } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        es.shutdown();}
}

看下执行效果：

53.422: [GC (Allocation Failure)  6615K->3550K(9856K), 0.0006514 secs]
curThread=Thread[main,5,main],run task!
curThread=Thread[main,5,main],run task!
curThread=Thread[T-1,5,main],run task!
53.473: [GC (Allocation Failure)  6615K->3550K(9856K), 0.0003791 secs]
curThread=Thread[main,5,main],run task!
curThread=Thread[T-1,5,main],run task!
curThread=Thread[main,5,main],run task!
curThread=Thread[T-1,5,main],run task!
53.573: [GC (Allocation Failure)  6615K->3550K(9856K), 0.0003733 secs]
curThread=Thread[main,5,main],run task!
curThread=Thread[T-1,5,main],run task!
53.623: [GC (Allocation Failure)  6615K->3550K(9856K), 0.0009536 secs]
curThread=Thread[main,5,main],run task!
curThread=Thread[T-1,5,main],run task!
curThread=Thread[main,5,main],run task!
curThread=Thread[T-1,5,main],run task!
53.724: [GC (Allocation Failure)  6615K->3550K(9856K), 0.0004394 secs]

我们发现 程序已经能够平稳的运行了，再观察此时的 jvm 堆内存，一切正常：

新生代各区比例的作用

问题解决了，回顾下架构师当时的提议：

猿 A：当时的架构有点水，说让调整“伊甸园”和“from-to”的比例……崩溃和这个就没关系

“架构”说的是设定 -XX:NewRadio 参数来调整新生代各模块比例。

这个 比例默认为 8:1:1，我们来看下调整这个参数产生的影响。

  • 极端一些，把 Edian 调的很大

新生代 GC 时，对象是否进入老年代主要取决于两个因素——对象年龄和对象大小 。
如果对象大小超出了某界限，对象就直接进入老年代。如此，会给老年代的 GC 会增加更多压力，有可能产生更多的 STP。

  • 反向极端，把 Edian 调的很小

因为 s1 和s2两个区域总有 1 个是空的，这样调整会浪费更多的内存，并更频繁的触发的新生代 GC。

我们感性的理解了这个比例的作用，那么架构师的提议和猿 A 遇到的问题有关吗？答案是没有，所以那个架构是真的水……

正文完
gc jvm 线程池
发表至： java
2019-09-09
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