服务器内存增高应急处理过程总结

我不是女神ヾ 2023-01-03 01:19 389阅读 0赞

### 服务器内存增高应急处理过程总结 ###

*  一、服务器内存问题排查处理过程
 *   *  1.1 堆内内存
     *   *  1. OOM
         *  2. Stack Overflow
         *  3. 使用JMAP定位代码内存泄漏
     *  1.2 GC
     *   *  gc问题和线程
         *  youngGC过频繁
         *  youngGC耗时过长
         *  触发fullGC
     *  1.3 堆外内存
 *  二、常见OOM异常分析
 *   *  2.1 Java 堆溢出-java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
     *   *  1. Java 堆溢出原因
         *  2. Java 堆溢出排查解决思路
         *  3. demo代码
         *  4. 运行结果
     *  2.2 栈溢出
     *   *  1. 栈溢出原因
         *  2. 栈溢出排查解决思路
         *  3. demo代码
         *  4. 运行结果
     *  2.3 方法区溢出
     *   *  1. 方法区溢出原因
         *  2. 方法区溢出排查解决思路
         *  3. demo代码
         *  4. 运行结果
     *  2.4 本机直接内存溢出
     *   *  1. 直接内存溢出原因
         *  2. 直接内存溢出
         *  3. demo代码
         *  4. 运行结果
     *  2.5 GC overhead limit exceeded
     *   *  1. 解决方案
         *  2. demo代码
         *  3. 运行结果

*  [博客园：独行侠梦：一次容器化springboot程序OOM问题探险][springboot_OOM]
 *  [Linux下如何查看哪些进程占用的CPU内存资源最多][Linux_CPU]

# 一、服务器内存问题排查处理过程 #

服务器内存问题主要包括**OOM**、**GC** 和 **堆外内存**。

一般来讲，会先用`free`命令先来检查一发内存的各种情况。![img][]

使用内存最多的5个进程

ps -aux | sort -k4nr | head 5

或者

top （然后按下M，注意大写）

## 1.1 堆内内存 ##

内存问题大多还都是堆内内存问题。

表象上主要分为**OOM**和**StackOverflow。**

### 1. OOM ###

JVM中的内存不足，OOM大致可以分为以下几种：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

意思是没有足够的内存空间给线程分配java栈，通常是上还是线程池代码写的有问题，比如说忘记shutdown，所以说应该首先从代码层面来寻找问题，使用`jstack`或者`jmap`。

如果一切都正常，JVM方面可以通过指定`Xss`来减少单个thread stack的大小。

另外也可以在系统层面，可以通过修改`/etc/security/limits.conf`nofile和nproc来增大os对线程的限制

![img][img 1]

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

意思是堆的内存占用已经达到-Xmx设置的最大值，应该是最常见的OOM错误了。

解决思路：在代码中找，怀疑存在内存泄漏，通过jstack和jmap去定位问题。

如果说一切都正常，才需要通过调整`Xmx`的值来扩大内存。

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Meta space

意思是元数据区的内存占用已经达到`XX:MaxMetaspaceSize`设置的最大值，排查思路和上面的一致，参数方面可以通过`XX:MaxPermSize`来进行调整。

### 2. Stack Overflow ###

栈内存溢出。

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

表示线程栈需要的内存大于Xss值，同样也是先进行排查，参数方面通过`Xss`来调整，但调整的太大可能又会引起OOM。

### 3. 使用JMAP定位代码内存泄漏 ###

关于OOM和StackOverflow的代码排查方面，一般使用JMAP，`jmap -dump:format=b,file=filename pid`来导出dump文件

![img][img 2]

通过mat(Eclipse Memory Analysis Tools)导入dump文件进行分析，内存泄漏问题一般我们直接选Leak Suspects即可，mat给出了内存泄漏的建议。另外也可以选择Top Consumers来查看最大对象报告。和线程相关的问题可以选择thread overview进行分析。除此之外就是选择Histogram类概览来自己慢慢分析。![img][img 3]

日常开发中，代码产生内存泄漏是比较常见的事，并且比较隐蔽，需要开发者更加关注细节。比如说每次请求都new对象，导致大量重复创建对象；进行文件流操作但未正确关闭；手动不当触发gc；ByteBuffer缓存分配不合理等都会造成代码OOM。

另一方面，我们可以在启动参数中指定`-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`来保存OOM时的dump文件。

## 1.2 GC ##

### gc问题和线程 ###

**堆内内存泄漏总是和GC异常相伴。不过GC问题不只是和内存问题相关，还有可能引起CPU负载、网络问题等系列并发症**。

一般先使用jstat来查看分代变化情况，比如youngGC或者fullGC次数是不是太多；EU、OU等指标增长是不是异常呀等。

而更多时候，我们是通过GC日志来排查问题的，在启动参数中加上`-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCTimeStamps`来开启GC日志。

线程的话太多而且不被及时gc也会引发oom，大部分就是之前说的`unable to create new native thread`。

除了jstack细细分析dump文件外，我们一般先会看下总体线程，通过`pstreee -p pid |wc -l`。

![img][img 4]

或者直接通过查看`/proc/pid/task`的数量即为线程数量。

![img][img 5]

### youngGC过频繁 ###

youngGC频繁一般是短周期小对象较多，先考虑是不是Eden区/新生代设置的太小了，看能否通过调整-Xmn、-XX:SurvivorRatio等参数设置来解决问题。

如果参数正常，但是young gc频率还是太高，就需要使用Jmap和MAT对dump文件进行进一步排查了。

### youngGC耗时过长 ###

耗时过长问题就要看GC日志里耗时耗在哪一块了。以G1日志为例，可以关注Root Scanning、Object Copy、Ref Proc等阶段。

*  Ref Proc耗时长，就要注意引用相关的对象。
 *  Root Scanning耗时长，就要注意线程数、跨代引用。
 *  Object Copy则需要关注对象生存周期。

而且耗时分析它需要横向比较，就是和其他项目或者正常时间段的耗时比较。

### 触发fullGC ###

G1中更多的还是mixedGC，但mixedGC可以和youngGC思路一样去排查。

触发fullGC了一般都会有问题，G1会退化使用Serial收集器来完成垃圾的清理工作，暂停时长达到秒级别，可以说是半跪了。

fullGC的原因可能包括以下这些，以及参数调整方面的一些思路：

*  并发阶段失败：在并发标记阶段，MixGC之前老年代就被填满了，那么这时候G1就会放弃标记周期。这种情况，可能就需要增加堆大小，或者调整并发标记线程数`-XX:ConcGCThreads`。
 *  晋升失败：在GC的时候没有足够的内存供存活/晋升对象使用，所以触发了Full GC。这时候可以通过`-XX:G1ReservePercent`来增加预留内存百分比，减少`-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent`来提前启动标记，`-XX:ConcGCThreads`来增加标记线程数也是可以的。
 *  大对象分配失败：大对象找不到合适的region空间进行分配，就会进行fullGC，这种情况下可以增大内存或者增大`-XX:G1HeapRegionSize`。
 *  程序主动执行`System.gc()`：不要随便写就对了。

另外，我们可以在启动参数中配置`-XX:HeapDumpPath=/xxx/dump.hprof`来dump fullGC相关的文件，并通过jinfo来进行gc前后的dump

jinfo -flag +HeapDumpBeforeFullGC pid 
    jinfo -flag +HeapDumpAfterFullGC pid

这样得到2份dump文件，对比后主要关注被gc掉的问题对象来定位问题。

## 1.3 堆外内存 ##

堆外内存溢出表现就是物理常驻内存增长快，报错的话视使用方式都不确定，如果由于使用Netty导致的，那错误日志里可能会出现`OutOfDirectMemoryError`错误，如果直接是DirectByteBuffer，那会报`OutOfMemoryError: Direct buffer memory`。

堆外内存溢出往往是和NIO的使用相关，一般先通过pmap来查看下进程占用的内存情况`pmap -x pid | sort -rn -k3 | head -30`，这段意思是查看对应pid倒序前30大的内存段。

这边可以再过一段时间后再跑一次命令看看内存增长情况，或者和正常机器比较可疑的内存差在哪里。![img][img 6]我们如果确定有可疑的内存端，需要通过gdb来分析`gdb --batch --pid {pid} -ex "dump memory filename.dump {内存起始地址} {内存起始地址+内存块大小}"`

![img][img 7]

获取dump文件后可用heaxdump进行查看`hexdump -C filename | less`，不过大多数看到的都是二进制乱码。

NMT是Java7U40引入的HotSpot新特性，配合jcmd命令我们就可以看到具体内存组成了。需要在启动参数中加入 `-XX:NativeMemoryTracking=summary` 或者 `-XX:NativeMemoryTracking=detail`，会有略微性能损耗。

一般对于堆外内存缓慢增长直到爆炸的情况来说，可以先设一个基线`jcmd pid VM.native_memory baseline`。![img][img 8]然后等放一段时间后再去看看内存增长的情况，通过`jcmd pid VM.native_memory detail.diff(summary.diff)`做一下summary或者detail级别的diff。![img][img 9]![img][img 10]可以看到jcmd分析出来的内存十分详细，包括堆内、线程以及gc(所以上述其他内存异常其实都可以用nmt来分析)，这边堆外内存我们重点关注Internal的内存增长，如果增长十分明显的话那就是有问题了。detail级别的话还会有具体内存段的增长情况，如下图。![img][img 11]

此外在系统层面，我们还可以使用strace命令来监控内存分配 `strace -f -e "brk,mmap,munmap" -p pid`这边内存分配信息主要包括了pid和内存地址。![img][img 12]

不过其实上面那些操作也很难定位到具体的问题点，关键还是要看错误日志栈，找到可疑的对象，搞清楚它的回收机制，然后去分析对应的对象。比如DirectByteBuffer分配内存的话，是需要full GC或者手动system.gc来进行回收的(所以最好不要使用`-XX:+DisableExplicitGC`)。那么其实我们可以跟踪一下DirectByteBuffer对象的内存情况，通过`jmap -histo:live pid`手动触发fullGC来看看堆外内存有没有被回收。如果被回收了，那么大概率是堆外内存本身分配的太小了，通过`-XX:MaxDirectMemorySize`进行调整。如果没有什么变化，那就要使用jmap去分析那些不能被gc的对象，以及和DirectByteBuffer之间的引用关系了。

# 二、常见OOM异常分析 #

## 2.1 Java 堆溢出-java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space ##

Java堆用于存储对象实例，只要不断地创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

堆内对象不能进行回收了，堆内存持续增大，这样达到了堆内存的最大值，数据满了，所以就出来了。

### 1. Java 堆溢出原因 ###

*  无法在 Java 堆中分配对象
 *  应用程序保存了无法被GC回收的对象。
 *  应用程序过度使用 finalizer。
 *  代码中可能存在大对象分配
 *  可能存在内存泄露，导致在多次GC之后，还是无法找到一块足够大的内存容纳当前对象。

### 2. Java 堆溢出排查解决思路 ###

1.  查找关键报错信息，如

`java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space`

1.  使用内存映像分析工具（如Eclipsc Memory Analyzer或者Jprofiler）对Dump出来的堆储存快照进行分析，分析清楚是内存泄漏还是内存溢出。
2.  如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链，修复应用程序中的内存泄漏。
3.  如果不存在泄漏，先检查代码是否有死循环，递归等，再考虑用 -Xmx 增加堆大小。

1、检查是否存在大对象的分配，最有可能的是大数组分配  
2、通过jmap命令，把堆内存dump下来，使用mat工具分析一下，检查是否存在内存泄露的问题  
3、如果没有找到明显的内存泄露，使用 -Xmx 加大堆内存  
4、还有一点容易被忽略，检查是否有大量的自定义的 Finalizable 对象，也有可能是框架内部提供的，考虑其存在的必要性

### 3. demo代码 ###

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /** * JVM配置参数 * -Xms20m JVM初始分配的内存20m * -Xmx20m JVM最大可用内存为20m * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 当JVM发生OOM时，自动生成DUMP文件 * -XX:HeapDumpPath=/Users/weihuaxiao/Desktop/dump/ 生成DUMP文件的路径 */
    public class HeapOOM { 
        static class OOMObject { 
        }
        public static void main(String[] args) { 
            List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
            //在堆中无限创建对象
            while (true) { 
                list.add(new OOMObject());
            }
        }
    }

### 4. 运行结果 ###

![1ebcd628cd651627444966ac4431e1e3.png][]

1.  查找报错关键信息  
    `Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space`
2.  使用内存映像分析工具Jprofiler分析产生的堆储存快照  
    ![b31080160135027c37a3c99075af5661.png][]

由图可得，OOMObject这个类创建了810326个实例，是属于内存溢出，这时候先定位到对应代码，发现死循环导致的，修复即可。

## 2.2 栈溢出 ##

关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机规范中描述了两种异常：

*  如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError 异常；
 *  如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

### 1. 栈溢出原因 ###

*  在单个线程下，栈帧太大，或者虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出StackOverflowError 异常。
 *  不断地建立线程的方式会导致内存溢出。

### 2. 栈溢出排查解决思路 ###

1.  查找关键报错信息，确定是StackOverflowError还是OutOfMemoryError
2.  如果是StackOverflowError，检查代码是否递归调用方法等
3.  如果是OutOfMemoryError，检查是否有死循环创建线程等，通过-Xss降低的每个线程栈大小的容量

### 3. demo代码 ###

/** * -Xss2M */
    public class JavaVMStackOOM { 
        private void dontStop(){ 
            while(true){ 
    
            }
        }
        public void stackLeakByThread(){ 
            while(true){ 
                Thread thread = new Thread(new Runnable(){ 
                    public void run() { 
                        dontStop();
                    }
                });
                thread.start();}
        }
        public static void main(String[] args) { 
            JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
            oom.stackLeakByThread();
        }
    }

### 4. 运行结果 ###

![f5b6cf2a45b5e261f850781a257c55b7.png][]

1.  查找报错关键信息  
    `Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread`
2.  确定是创建线程导致的栈溢出OOM

Thread thread = new Thread(new Runnable(){ 
                    public void run() { 
                        dontStop();
                    }
                });

1.  排查代码，确定是否显示使用死循环创建线程，或者隐式调用第三方接口创建线程

## 2.3 方法区溢出 ##

方法区，（又叫永久代，JDK8后，元空间替换了永久代），用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。运行时产生大量的类，会填满方法区，造成溢出。

### 1. 方法区溢出原因 ###

*  使用CGLib生成了大量的代理类，导致方法区被撑爆
 *  在Java7之前，频繁的错误使用String.intern方法
 *  大量jsp和动态产生jsp
 *  应用长时间运行，没有重启

### 2. 方法区溢出排查解决思路 ###

*  检查是否永久代空间设置得过小
 *  检查代码是否频繁错误得使用String.intern方法
 *  检查是否跟jsp有关。
 *  检查是否使用CGLib生成了大量的代理类
 *  重启大法，重启JVM

### 3. demo代码 ###

import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
    import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
    import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
    
    import java.lang.reflect.Method;
    
    /** * jdk8以上的话， * 虚拟机参数：-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M */
    public class JavaMethodAreaOOM { 
        public static void main(String[] args) { 
            while (true) { 
                Enhancer enhancer = new Enhancer();
                enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
                enhancer.setUseCache(false);
                enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { 
                    public Object intercept(Object obj, Method method,
                                            Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { 
                        return proxy.invokeSuper(obj, args);
                    }
                });
                enhancer.create();
            }
        }
        static class OOMObject { 
        }
    }

### 4. 运行结果 ###

![87ffb3af613805efe971acfc3d33022a.png][]

1.  查找报错关键信息  
    `Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace`
2.  检查JVM元空间设置参数是否过小  
    `-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M`
3.  检查对应代码,是否使用CGLib生成了大量的代理类

while (true) { 
      ...
       enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { 
                    public Object intercept(Object obj, Method method,
                                            Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { 
                        return proxy.invokeSuper(obj, args);
                    }
                });
                enhancer.create();
      }

## 2.4 本机直接内存溢出 ##

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java 虚拟机规范中定义的内存区域。但是，这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OOM。  
在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类，它可以使用 native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。

### 1. 直接内存溢出原因 ###

*  本机直接内存的分配虽然不会受到Java 堆大小的限制，但是受到本机总内存大小限制。
 *  直接内存由 -XX:MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）一样。
 *  NIO程序中，使用ByteBuffer.allocteDirect(capability)分配的是直接内存，可能导致直接内存溢出。

### 2. 直接内存溢出 ###

*  检查代码是否恰当
 *  检查JVM参数-Xmx，-XX:MaxDirectMemorySize 是否合理。

### 3. demo代码 ###

import java.nio.ByteBuffer;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    /** * -Xmx256m -XX:MaxDirectMemorySize=100M */
    public class DirectByteBufferTest { 
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException{ 
            //分配128MB直接内存
            ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);
    
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
            System.out.println("ok");
        }
    }

### 4. 运行结果 ###

![b6cd90a18b4d3d874a757fac4b0d801a.png][]

ByteBuffer分配128MB直接内存，而JVM参数-XX:MaxDirectMemorySize=100M指定最大是100M，因此发生直接内存溢出。  
`ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);`

## 2.5 GC overhead limit exceeded ##

*  这个是JDK6新加的错误类型，一般都是堆太小导致的。
 *  Sun 官方对此的定义：超过98%的时间用来做GC并且回收了不到2%的堆内存时会抛出此异常。

### 1. 解决方案 ###

*  检查项目中是否有大量的死循环或有使用大内存的代码，优化代码。
 *  检查JVM参数-Xmx -Xms是否合理
 *  dump内存，检查是否存在内存泄露，如果没有，加大内存。

### 2. demo代码 ###

import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    /** * JVm参数 -Xmx8m -Xms8m */
    public class GCoverheadTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
            for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) { 
                executor.execute(() -> { 
                    try { 
                        Thread.sleep(10000);
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        //do nothing
                    }
                });
            }
        }
    }

### 3. 运行结果 ###

![8444f33cb9f4e45a988894f4f135d77b.png][]

实例代码使用了newFixedThreadPool线程池，它使用了无界队列，无限循环执行任务，会导致内存飙升。因为设置了堆比较小，所以出现此类型OOM。

[springboot_OOM]: https://www.cnblogs.com/hyq0823/p/11564168.html
[Linux_CPU]: https://www.cnblogs.com/sparkbj/p/6148817.html
[img]: /images/20221119/ad45138a3c804caf97160b5e8d73c11e.png
[img 1]: /images/20221119/1bfd745411544c87b83f0e015d7072be.png
[img 2]: /images/20221119/e1dd2e1046bc43358a4fcc199fdd5503.png
[img 3]: /images/20221119/77a5a2aa83e04dfab90003fb5c42d661.png
[img 4]: /images/20221119/21eb8a480b4d4d59a04456e080540cda.png
[img 5]: /images/20221119/1bd7e761cbff403bb92b8d434c8be6d0.png
[img 6]: /images/20221119/6a66fec2259e4200b60cbfd2f735a6f6.png
[img 7]: /images/20221119/e9485bd9c5bf4efab65998cfc05c41b4.png
[img 8]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/d14ec849d208a285cfea873cdcf47271.png
[img 9]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/183971c501970412a1a911621fa1cb08.png
[img 10]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/5f3579d16202cab286282d99b223ba40.png
[img 11]: /images/20221119/ae68174ec510438ab60d31b6ce413c2e.png
[img 12]: /images/20221119/0e3b733f15dd49c782f378246f5986b2.png
[1ebcd628cd651627444966ac4431e1e3.png]: /images/20221119/5da538757b254c1dbb7c3f55c6a4d1f6.png
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