springboot内存占用过高问题排查 - jvm内存使用分析

本是古典何须时尚 2021-09-18 06:14 6116阅读 1赞

# 排查springboot内存占用过高问题 #

## 所需命令： ##

**ps命令**：Linux命令。强大的进程状态监控命令。可以查看进程以及进程中线程的当前CPU使用情况。属于当前状态的采样数据。  
**top命令**：Linux命令。可以查看实时的CPU使用情况。也可以查看最近一段时间的CPU使用情况。  
这两个命令详情可参考：https://blog.csdn.net/XiXavier/article/details/108566416

**jps命令** :(Java Virtual Machine Process Status Tool)是JDK 1.5提供的一个显示当前所有java进程pid的命令。jps存放在JAVA\_HOME/bin/jps，使用时为了方便请将JAVA\_HOME/bin/加入到Path.会用 ps 命令也行。

常用的参数：
    -q:只显示pid，不显示class名称,jar文件名和传递给main 方法的参数
    -m:输出传递给main 方法的参数，在嵌入式jvm上可能是null
    -l:输出应用程序main class的完整package名 或者 应用程序的jar文件完整路径名
    -v: 输出传递给JVM的参数
    
    示例：
    [root@new-frame-251 texu]# jps -lv |grep 32528
    32528 hoau-texu-service-0.0.1-SNAPSHOT-exec.jar -Xms80m -Xmx80m -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
    [root@new-frame-251 texu]#

**jstack命令**：Java提供的命令。可以查看某个进程的当前线程栈运行情况。根据这个命令的输出可以定位某个进程的所有线程的当前运行状态、运行代码，以及是否死锁等等。

[root@new-frame-251 texu]# jstack
    Usage:
        jstack [-l] <pid>
            (to connect to running process)
        jstack -F [-m] [-l] <pid>
            (to connect to a hung process)
        jstack [-m] [-l] <executable> <core>
            (to connect to a core file)
        jstack [-m] [-l] [server_id@]<remote server IP or hostname>
            (to connect to a remote debug server)
    
    Options:
        -F  to force a thread dump. Use when jstack <pid> does not respond (process is hung)
        -m  to print both java and native frames (mixed mode)
        -l  long listing. Prints additional information about locks
        -h or -help to print this help message
    [root@new-frame-251 texu]#
    
    统计进程中线程个数：(linux 64位系统中jvm线程默认栈大小为1MB)
    [root@new-frame-251 texu]# jstack 32528 |grep tid|wc -l
    251
    [root@new-frame-251 texu]#

查看进程中线程情况：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
GC task thread ：垃圾回收线程  
http-nio thread ：tomcat网络处理网络请求线程  
C2CompilerThread ：JIT编译线程，动态编译Java运行代码，C2表示编译的是server端代码  
DubboServerHandler-10.39.251.159:20914-thread-200 : dubbo线程  
还有很多其他的线程。。。  
：  
**jmap命令：** Java提供的命令。查看jvm内存使用情况。

jmap -heap [pid] : 查看整个JVM内存状态,要注意的是在使用CMS GC 情况下，jmap -heap的执行有可能会导致JAVA 进程挂起
    jmap -histo [pid] : 查看JVM堆中对象详细占用情况
    jmap -histo:live pid : 指定了live子选项，则只计算活动的对象
    jmap -dump:format=b,file=文件名 [pid] : 导出整个JVM 中内存信息
    ......

**jvisualvm.exe** : java 自带的jvm监控工具，java的安装目录 bin/ 中

**pmap命令**： - report memory map of a process(查看进程的内存映像信息)pmap命令用于报告进程的内存映射关系

用法
          pmap [ -x | -d ] [-q] pids...
          pmap -V
    选项含义
          -x   extended       Show the extended format. 显示扩展格式
          -d   device         Show the device format.   显示设备格式
          -q   quiet          Do not display some header/footer lines. 不显示头尾行
          -V   show version   Displays version of program. 显示版本
    扩展格式和设备格式域：
           Address:  start address of map  映像起始地址
           Kbytes:  size of map in kilobytes  映像大小
           RSS:  resident set size in kilobytes  驻留集大小
           Dirty:  dirty pages (both shared and private) in kilobytes  脏页大小
           Mode:  permissions on map 映像权限: r=read, w=write, x=execute, s=shared, p=private (copy on write)  
           Mapping:  file backing the map , or '[ anon ]' for allocated memory, or '[ stack ]' for the program stack.  映像支持文件,[anon]为已分配内存 [stack]为程序堆栈
           Offset:  offset into the file  文件偏移
           Device:  device name (major:minor)  设备名

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## jvm各项参数说明 ##

-XX:MetaspaceSize=128m （元空间默认大小）
    -XX:MaxMetaspaceSize=128m （元空间最大大小）
    -Xms1024m （堆默认大小）此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。
    -Xmx1024m （堆最大大小）Java Heap最大值，默认值为物理内存的1/4，最佳设值应该视物理内存大小及计算机内其他内存开销而定
    -Xmn256m （新生代大小）Java Heap Young区，堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。
    -Xss256k （棧最大深度大小）每个线程的Stack大小，JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。
    -XX:SurvivorRatio=8 （新生代分区比例 8:2）
    -XX:+UseConcMarkSweepGC （指定使用的垃圾收集器，这里使用CMS收集器）
    -XX:+PrintGCDetails （打印详细的GC日志）
    
    
    JDK8之后把-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermGen移除了，取而代之的是
    -XX:MetaspaceSize=128m （元空间默认大小）
    -XX:MaxMetaspaceSize=128m （元空间最大大小）
    JDK 8开始把类的元数据放到本地化的堆内存(native heap)中，这一块区域就叫Metaspace，中文名叫元空间。
    使用本地化的内存有什么好处呢？最直接的表现就是java.lang.OutOfMemoryError: PermGen 空间问题将不复存在，因为默认的类的元数据分配只受本地内存大小的限制，也就是说本地内存剩余多少，理论上Metaspace就可以有多大，这解决了空间不足的问题。不过，让Metaspace变得无限大显然是不现实的，因此我们也要限制Metaspace的大小：使用-XX:MaxMetaspaceSize参数来指定Metaspace区域的大小。JVM默认在运行时根据需要动态地设置MaxMetaspaceSize的大小。

## 排查步骤： ##

**1. 通过 ps -aux |grep pid 或者 top -p pid 命令查看项目内存占用情况（我这里是已经优化完的）**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
RES：resident memory usage 常驻内存  
（1）进程当前使用的内存大小，但不包括swap out  
（2）包含其他进程的共享  
（3）如果申请100m的内存，实际使用10m，它只增长10m，与VIRT相反  
（4）关于库占用内存的情况，它只统计加载的库文件所占内存大小  
RES = CODE + DATA

VIRT：virtual memory usage  
（1）进程“需要的”虚拟内存大小，包括进程使用的库、代码、数据等  
（2）假如进程申请100m的内存，但实际只使用了10m，那么它会增长100m，而不是实际的使用量  
VIRT = SWAP + RES  
**2. 可以使用 jmap -dump:format=b,file=文件名 \[pid\] 导出整个JVM 中内存信息，再使用 jvisualvm 工具进行分析。或者使用 jmap -heap \[pid\] : 查看整个JVM内存状态。内存使用情况如下：**

[root@new-frame-251 texu]# jmap -heap 5847
    Attaching to process ID 5847, please wait...
    Debugger attached successfully.
    Server compiler detected.
    JVM version is 25.211-b12
    
    using parallel threads in the new generation.
    using thread-local object allocation.
    Concurrent Mark-Sweep GC        ##垃圾回收器
    
    Heap Configuration:
       MinHeapFreeRatio         = 40
       MaxHeapFreeRatio         = 70
       MaxHeapSize              = 83886080 (80.0MB)       ##当前jvm最大堆大小
       NewSize                  = 27918336 (26.625MB)
       MaxNewSize               = 27918336 (26.625MB)
       OldSize                  = 55967744 (53.375MB)
       NewRatio                 = 2
       SurvivorRatio            = 8
       MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)        ##元空间大小
       CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
       MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB        ## 最大元空间大小
       G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)
    
    Heap Usage:       ## 当前堆的各个区域使用情况
    New Generation (Eden + 1 Survivor Space):
       capacity = 25165824 (24.0MB)
       used     = 5727184 (5.4618682861328125MB)
       free     = 19438640 (18.538131713867188MB)
       22.757784525553387% used
    Eden Space:
       capacity = 22413312 (21.375MB)
       used     = 4922248 (4.694221496582031MB)
       free     = 17491064 (16.68077850341797MB)
       21.961270159448098% used
    From Space:
       capacity = 2752512 (2.625MB)
       used     = 804936 (0.7676467895507812MB)
       free     = 1947576 (1.8573532104492188MB)
       29.243687220982142% used
    To Space:
       capacity = 2752512 (2.625MB)
       used     = 0 (0.0MB)
       free     = 2752512 (2.625MB)
       0.0% used
    concurrent mark-sweep generation:
       capacity = 55967744 (53.375MB)
       used     = 48057048 (45.830772399902344MB)
       free     = 7910696 (7.544227600097656MB)
       85.86561573752195% used
    
    28885 interned Strings occupying 3461280 bytes.
    [root@new-frame-251 texu]# jstack 5847 |grep tid|wc -l      ## 统计线程数，每个线程都有一个 tid
    251
    [root@new-frame-251 texu]# jstack 5847 |grep java.lang.Thread.State|wc -l      ##有几个特殊的线程没有状态
    246
    [root@new-frame-251 texu]#
    
    [root@master159 ~]# jstack 107435 |grep tid |wc -l
    259
    [root@master159 ~]# jstack 107435|grep 'dubbo-remoting-server-heartbeat' |wc -l
    1
    [root@master159 ~]# jstack 107435|grep 'DubboServerHandler-10.39.251.159:' |wc -l      ##dubbo 线程有点多可以优化
    200
    [root@master159 ~]# jstack 107435|grep 'http-nio-10065-' |wc -l
    14
    [root@master159 ~]#

内存使用计算：（Eden ）21.375+（扩展区1）2.625+（扩展区2）2.625+（垃圾回收器）53.375+（线程栈）251\*0.25=142.8M  
再加上 JVM进程本身运行内存+ NIO的DirectBuffer +JIT+JNI+…≈281M （最开始查看的项目占用内存，设置了-Xss256k，所以一个线程占用256k内存），计算出来很正常。

**3. 查看进程中各个线程情况：**  
top -H -p 5847 中的 pid 的16进制转小写 对应的就是 jstack -l 5847 中的 nid 。使用这两个命令就可以查看线程的内存使用，及具体代码情况  
![4.][]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
**4. 前面只是分析了RES 并没有分析 VIRT（虚拟内存），VIRT 分析如下：**

使用 pmap -x 5847 查看进程的内存映像信息  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]  
这些内存块加起来就是虚拟内存占用的内存情况；

百度：linux为了解决多线程下内存分配竞争而引起的性能问题，增强了动态内存分配行为，使用了一种叫做arena的memory pool,在64位系统下面缺省配置是一个arena大小为64M，一个进程可以最多有cpu cores \* 8个arena。假设机器是8核的，那么最多可以有8 \* 8 = 64个arena，也就是会使用64 \* 64 = 4096M内存。

可以通过设置系统环境变量来改变arena的数量：  
MALLOC\_ARENA\_MAX=8（一般建议配置程序cpu核数）

**现代操作系统里面分配虚拟地址空间操作不同于分配物理内存。在64位操作系统上，可用的最大虚拟地址空间有16EB，即大概180亿GB。那么在一台只有16G的物理内存的机器上，我也能要求获得4TB的地址空间以备将来使用**

1.VIRT高是因为分配了太多地址空间导致。  
2.一般来说不用太在意VIRT太高，因为你有16EB的空间可以使用。  
3.如果你实在需要控制VIRT的使用，设置环境变量MALLOC\_ARENA\_MAX，例如hadoop推荐值为4，因为YARN使用VIRT值监控资源使用。参考：https://www.sohu.com/a/250985880\_756465

## 结束: ##

以上只是对jvm内存占用情况进行分析，分析完之后，对异常的地方进行优化即可；

参考：  
https://blog.csdn.net/zengwende/article/details/103665545  
https://www.jianshu.com/p/8d5782bc596e

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20210918/88167023c1c64f079dbc86b942109148.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20210918/334292496c544af9836fd378b13a4ed4.png
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[4.]: /images/20210918/65c8b2d5ed474bd989d2a52b9302dfdb.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpWGF2aWVy_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]: /images/20210918/bf4d562d6a4a4717bdc993617a238eca.png
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