运维:你们 JAVA 服务内存占用太高,还只增不减!告警了,快来接锅
先点赞再看,养成好习惯
某天,运维老哥突然找我:“你们的某 JAVA 服务内存占用太高,告警了!GC 后也没释放,内存只增不减,是不是内存泄漏了!”
然后我赶紧看了下监控,一切正常,距离上次发版好几天了,FULL GC 一次没有,YoungGC,十分钟一次,堆空闲也很充足。
运维:“你们这个服务现在堆内存 used 才 800M,但这个 JAVA 进程已经占了 6G 内存了,是不是你们程序出啥内存泄露的 bug 了!”
我想都没想,直接回了一句:“不可能,我们服务非常稳定,不会有这种问题!”
不过说完之后,内心还是自我质疑了一下:会不会真有什么bug?难道是堆外泄露?线程没销毁?导致内存泄露了???
然后我很“镇定”的补了一句:“我先上服务器看看啥情况”,被打脸可就不好了,还是不要装太满的好……
迅速上登上服务器又仔细的查看了各种指标,Heap/GC/Thread/Process 之类的,发现一切正常,并没有什么“泄漏”的迹象。
和运维的“沟通”
我们这个服务很正常啊,各个指标都ok,什么内存只增不减,在哪呢
运维:你看你们这个 JAVA 服务,堆现在 used 才 400MB,但这个进程现在内存占用都 6G 了,还说没问题?肯定是内存泄露了,锅接好,赶紧回去查问题吧
然后我指着监控信息,让运维看:“大哥你看这监控历史,堆内存是达到过 6G 的,只是后面 GC 了,没问题啊!”
运维:“回收了你这内存也没释放啊,你看这个进程 Res 还是 6G,肯定有问题啊”
我心想这运维怕不是个der,JVM GC 回收和进程内存又不是一回事,不过还是和得他解释一下,不然一直baba个没完
“JVM 的垃圾回收,只是一个
逻辑上
的回收,回收的只是 JVM 申请的那一块逻辑堆区域,将数据标记为空闲之类的操作,不是调用 free 将内存归还给操作系统”
运维顿了两秒后,突然脸色一转,开始笑起来:“咳咳,我可能没注意这个。你再给我讲讲 JVM 的这个内存管理/回收和进程上内存的关系呗”
虽然我内心是拒绝的,但得罪谁也不能得罪运维啊,想想还是给大哥解释解释,“增进下感情”
操作系统 与 JVM的内存分配
JVM 的自动内存管理,其实只是先向操作系统申请了一大块内存,然后自己在这块已申请的内存区域中进行“自动内存管理”。JAVA 中的对象在创建前,会先从这块申请的一大块内存中划分出一部分来给这个对象使用,在 GC 时也只是这个对象所处的内存区域数据清空,标记为空闲而已
运维:“原来是这样,那按你的意思,JVM 就不会将 GC 回收后的空闲内存还给操作系统了吗?”
为什么不把内存归还给操作系统?
JVM 还是会归还内存给操作系统的,只是因为这个代价比较大,所以不会轻易进行。而且不同垃圾回收器 的内存分配算法不同,归还内存的代价也不同。
比如在清除算法(sweep)中,是通过空闲链表(free-list)算法来分配内存的。简单的说就是将已申请的大块内存区域分为 N 个小区域,将这些区域同链表的结构组织起来,就像这样:
每个 data 区域可以容纳 N 个对象,那么当一次 GC 后,某些对象会被回收,可是此时这个 data 区域中还有其他存活的对象,如果想将整个 data 区域释放那是肯定不行的。
所以这个归还内存给操作系统的操作并没有那么简单,执行起来代价过高,JVM 自然不会在每次 GC 后都进行内存的归还。
怎么归还?
虽然代价高,但 JVM 还是提供了这个归还内存的功能。JVM 提供了-XX:MinHeapFreeRatio
和-XX:MaxHeapFreeRatio
两个参数,用于配置这个归还策略。
- MinHeapFreeRatio 代表当空闲区域大小下降到该值时,会进行扩容,扩容的上限为
Xmx
- MaxHeapFreeRatio 代表当空闲区域超过该值时,会进行“缩容”,缩容的下限为
Xms
不过虽然有这个归还的功能,不过因为这个代价比较昂贵,所以 JVM 在归还的时候,是线性递增归还的,并不是一次全部归还。
但是但是但是,经过实测,这个归还内存的机制,在不同的垃圾回收器,甚至不同的 JDK 版本中还不一样!
不同版本&垃圾回收器下的表现不同
下面是我之前跑过的测试结果:
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {List<Object> dataList = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 25; i++) {byte[] data = createData(1024 * 1024 * 40);// 40 MBdataList.add(data);}Thread.sleep(10000);dataList = null; // 待会 GC 直接回收for (int i = 0; i < 100; i++) {// 测试多次 GCSystem.gc();Thread.sleep(1000);}System.in.read();
}
public static byte[] createData(int size){byte[] data = new byte[size];for (int i = 0; i < size; i++) {data[i] = Byte.MAX_VALUE;}return data;
}
JAVA 版本 | 垃圾回收器 | VM Options | 是否可以“归还” |
---|---|---|---|
JAVA 8 | UseParallelGC(ParallerGC + ParallerOld) | -Xms100M -Xmx2G -XX:MaxHeapFreeRatio=40 | 否 |
JAVA 8 | CMS+ParNew | -Xms100M -Xmx2G -XX:MaxHeapFreeRatio=40 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC | 是 |
JAVA 8 | UseG1GC(G1) | -Xms100M -Xmx2G -XX:MaxHeapFreeRatio=40 -XX:+UseG1GC | 是 |
JAVA 11 | UseG1GC(G1) | -Xms100M -Xmx2G -XX:MaxHeapFreeRatio=40 | 是 |
JAVA 16 | UseZGC(ZGC) | -Xms100M -Xmx2G -XX:MaxHeapFreeRatio=40 -XX:+UseZGC | 否 |
测试结果刷新了我的认知。,MaxHeapFreeRatio 这个参数好像并没有什么用,无论我是配置40,还是配置90,回收的比例都有和实际的结果都有很大差距。
但是文档中,可不是这么说的……
而且 ZGC 的结果也是挺意外的,JEP 351 提到了 ZGC 会将未使用的内存释放,但测试结果里并没有。
除了以上测试结果,stackoverflow 上还有一些其他的说法,我就没有再一一测试了
- JAVA 9 后
-XX:-ShrinkHeapInSteps
参数,可以让 JVM 已非线性递增的方式归还内存 - JAVA 12 后的 G1,再应用空闲时,可以自动的归还内存
所以,官方文档的说法,也只能当作一个参考,JVM 并没有过多的透露这个实现细节。
不过这个是否归还的机制,除了这位“热情”的运维老哥,一般人也不太会去关心,巴不得 JVM 多用点内存,少 GC 几回……
而且别说空闲自动归还了,我们希望的是一启动就分配个最大内存,避免它运行中扩容影响服务;所以一般 JAVA 程序还会将 Xms
和Xmx
配置为相等的大小,避免这个扩容的操作。
听到这里,运维老哥若有所思的说到:“那是不是只要我把 Xms 和 Xmx 配置成一样的大小,这个 JAVA 进程一启动就会占用这个大小的内存呢?”
我接着答到:“不会的,哪怕你 Xms6G,启动也只会占用实际写入的内存,大概率达不到 6G,这里还涉及一个操作系统内存分配的小知识”
Xms6G,为什么启动之后 used 才 200M?
进程在申请内存时,并不是直接分配物理内存的,而是分配一块虚拟空间,到真正堆这块虚拟空间写入数据时才会通过缺页异常(Page Fault)处理机制分配物理内存,也就是我们看到的进程 Res 指标。
可以简单的认为操作系统的内存分配是“惰性”的,分配并不会发生实际的占用,有数据写入时才会发生内存占用,影响 Res。
所以,哪怕配置了Xms6G
,启动后也不会直接占用 6G 内存,实际占用的内存取决于你有没有往这 6G 内存区域中写数据的。
运维:“卧槽,还有惰性分配这种东西!长知识了”
我:“这下明白了吧,这个内存情况是正常的,我们的服务一点问题都没有”
运维:“
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