又一次线上OOM排查经过

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最近线上一个服务又出现了频繁Full GC的情况，导致提供的业务经常超时。问题出现非常不稳定，经过两周的时候，终于又捕捉到了一次Full GC，于是联系运维做Heap Dump之后，经过一系列分析，终于解决问题。这次的问题稍微复杂一点，但是也比较有代表性，用到了VisualVM和MAT两个工具，继续记录如下。

现象

这次使用公司的CAT监控平台看到的内存表现如下：

可以看到，具体表现是：

1. 在很长一段时间内(数个小时)，New GC比较频繁，Full GC较少(一小时个位数)。
2. 过了某一时间点后，Full GC增加，New GC则减少。
3. 将服务切换下线后，Memory Free逐渐回升，Full GC减少。

然后观察某一时刻的JMAP histo的内容如下：

 num     #instances         #bytes  class name
----------------------------------------------
   1:       5958517     5840833584  [C
   2:         37983      706246056  [B
   3:       5960539      190737248  java.lang.String
   4:       1522282      126603936  [Ljava.lang.Object;
   5:       3692000       88608000  java.lang.Double

可以看到"[C"即"char[]"占用内存达到了5.8G，它正是String的内部结构，换句话说，因为存在了大量的大String导致这个问题。

联系运维进行了Heap Dump之后，就开始了分析的过程。因为服务器内存有8G，所以相应的DUMP也有8G，对分析也造成了一点小困难。

下面是一些工具的使用过程，操作系统是OS X 10.8。

使用VisualVM分析

首先使用VisualVM对Heap Dump进行分析。分析需要比较大的内存，而VisualVM默认的内存是256M，所以需要先设置/Applications/VisualVM.app/Contents/Resources/visualvm/etc/visualvm.conf中的最大内存量，这里我们设置成了4G-J-Xmx4096m。

好了，现在打开dump文件，整个分析过程共占用内存2G，仍然在可接受范围。之后分析内存，可以看到跟之前histo一样的类关系。

不同的是，这时候可以点进去，查看具体的对象。这里看到，竟然有几个大的String占用了756M的内存，看来我们找到问题了。

发现一个奇怪的现象：“计算保留大小”之后，这些String的保留大小都是0。

保留大小是什么呢？

它是分析工具从GC roots开始查找，找到的所有不会回收的对象，然后按照引用关系，计算出这个“对象以及它引用的对象”的内存大小。这里很有趣的是，这些对象的保留大小都是0。

开始我甚至以为是工具出了问题，后来想想，其实答案很简单：这些大String是临时对象，没有什么对象持有它——通过分析这些String的依赖关系也说明了这一点。这些对象是可以被回收的，换句话说，并不是有明显的内存泄露。

这个“没有对象持有的String”很有意思，让我想到了，会不会是log的过程中，产生了这个String？因为log的时候，会调用对象的toString()方法，而一个大对象的toString()可能是很大的。查看了一下String的内容，是[Class[field1=xxx,field2=yyy]]这种结构，几乎可以肯定是toString()的结果，那么我们现在只要查看一下具体的内容，到底是哪里太大就可以了。

可惜的是，VisualVM里我尝试了各种方法，都没有办法Dump出这个对象的数据，甚至还尝试了VisualVM提供的OQL。

OQL是一种类SQL的表达式，同时整合了一些Javascript的函数功能，但是它的缺点就是太慢了…最后尝试用OQL Dump对象未果。

使用MAT分析

转而尝试一下MAT。Eclipse MAT(Memory Analyzer Tool)是一个强大的内存分析工具，它可以方便的分析内存泄露的问题。实际使用之后，确实也感觉到比VisualVM更加强大一些。

我们使用MAT打开Dump文件，这也是一个漫长的过程。与VisualVM不同的是，MAT分析的时候，会在本地产生几个临时文件保存分析结果，所以相应的内存占用会小一些(1G左右)，第二次打开也会快很多。

打开完成后，我们看到可以看到几个占用内存较大的对象，这就是最可疑的内存泄漏源。意外的是Size显示的只有1.3GB，而且我们的大String都没在里面。

开始我们一度认为是Dump文件有错，后来上网搜索才知道，因为MAT的主要目标是排查内存占用量，所以默认大小是不计算不可达对象的——而我们的String都是不可达对象。对应Eclipse的文档里有介绍http://wiki.eclipse.org/MemoryAnalyzer/FAQ#How_to_analyse_unreachable_objects。

于是我们按照说明，在"Preferences=>Memory Analyzer"中勾选"Keep Unreachable Objects"，删除索引文件Dump同路径下的所有".index"，即可看到所有的对象。

点击Histogram，即可看到类的占用。在类上选择"List Objects"，即可看到所有对象。在对象上选择"Copy=>Value to File"，即可保存到文件。

原理

之后我们通过分析对象，发现是因为某个用于缓存的对象使用了一个List结构，但是添加元素的没有去重，导致List越来越大造成的。这个对象本身占用内存只有110M，但是toString()出来的字符串达到700M的大小，所以引起了频繁的GC——最开始对象小的时候是New GC，后来对象大了，直接进入了年老代，就变成了Full GC。

总结

回到之前的问题，通过这次分析，我们可以这么总结：

1. 将服务切换下线后，Memory Free逐渐回升，Full GC减少，Heap Dump的可达对象较少

   这种情况不是内存泄露，有可能是对象创建开销太大造成的。

2. 在1的前提下，New GC很频繁

   这种情况可能是频繁创建小对象，或者创建一些较大的对象(尚不足以直接进入年老代)

3. 在1的前提下，Full GC很频繁

   这种情况是频繁创建大对象，或者创建了一些超大对象导致的。

4. 第3种情况下，大对象toString()产生的大String很可能是罪魁祸首