摘要：展示如下場景再現(xiàn)經(jīng)過分析，最后我們定位到是使用產(chǎn)生的內(nèi)存泄露問題。下面通過一個，來簡單講下具體內(nèi)存泄露的原因。這一次的內(nèi)存泄露問題算是解決了。總結(jié)關(guān)于內(nèi)存泄露問題在第一次排查時，往往是有點不知所措的。

摘要：本文屬于原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載請保留出處：https://github.com/jasonGeng88/blog

jdk == 1.8

httpasyncclient == 4.1.3

git 地址：https://github.com/jasonGeng88/java-network-programming

前不久，上線了一個新項目，這個項目是一個壓測系統(tǒng)，可以簡單的看做通過回放詞表（http請求數(shù)據(jù)），不斷地向服務(wù)發(fā)送請求，以達到壓測服務(wù)的目的。在測試過程中，一切還算順利，修復(fù)了幾個小bug后，就上線了。在上線后給到第一個業(yè)務(wù)方使用時，就發(fā)現(xiàn)來一個嚴重的問題，應(yīng)用大概跑了10多分鐘，就收到了大量的 Full GC 的告警。

針對這一問題，我們首先和業(yè)務(wù)方確認了壓測的場景內(nèi)容，回放的詞表數(shù)量大概是10萬條，回放的速率單機在 100qps 左右，按照我們之前的預(yù)估，這遠遠低于單機能承受的極限。按道理是不會產(chǎn)生內(nèi)存問題的。

首先，我們需要在服務(wù)器上進行排查。通過 JDK 自帶的 jmap 工具，查看一下 JAVA 應(yīng)用中具體存在了哪些對象，以及其實例數(shù)和所占大小。具體命令如下：

jmap -histo:live `pid of java`

# 為了便于觀察，還是將輸出寫入文件
jmap -histo:live `pid of java` > /tmp/jmap00

經(jīng)過觀察，確實發(fā)現(xiàn)有對象被實例化了20多萬，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯，實例化最多的也就是詞表，那也就10多萬，怎么會有20多萬呢，我們在代碼中也沒有找到對此有顯示聲明實例化的地方。至此，我們需要對 dump 內(nèi)存，在離線進行進一步分析，dump 命令如下：

jmap -dump:format=b,file=heap.dump `pid of java`

從服務(wù)器上下載了 dump 的 heap.dump 后，我們需要通過工具進行深入的分析。這里推薦的工具有 mat、visualVM。

我個人比較喜歡使用 visualVM 進行分析，它除了可以分析離線的 dump 文件，還可以與 IDEA 進行集成，通過 IDEA 啟動應(yīng)用，進行實時的分析應(yīng)用的CPU、內(nèi)存以及GC情況（GC情況，需要在visualVM中安裝visual GC 插件）。工具具體展示如下（這里僅僅為了展示效果，數(shù)據(jù)不是真的）：

當(dāng)然，mat 也是非常好用的工具，它能幫我們快速的定位到內(nèi)存泄露的地方，便于我們排查。
展示如下：

經(jīng)過分析，最后我們定位到是使用 httpasyncclient 產(chǎn)生的內(nèi)存泄露問題。httpasyncclient 是 Apache 提供的一個 HTTP 的工具包，主要提供了 reactor 的 io 非阻塞模型，實現(xiàn)了異步發(fā)送 http 請求的功能。

下面通過一個 Demo，來簡單講下具體內(nèi)存泄露的原因。

maven 依賴

    org.apache.httpcomponents
    httpasyncclient
    4.1.3

HttpAsyncClient 客戶端

public class HttpAsyncClient {

    private CloseableHttpAsyncClient httpclient;

    public HttpAsyncClient() {
        httpclient = HttpAsyncClients.createDefault();
        httpclient.start();
    }

    public void execute(HttpUriRequest request, FutureCallback callback){
        httpclient.execute(request, callback);
    }

    public void close() throws IOException {
        httpclient.close();
    }

}

Demo 的主要邏輯是這樣的，首先創(chuàng)建一個緩存列表，用來保存需要發(fā)送的請求數(shù)據(jù)。然后，通過循環(huán)的方式從緩存列表中取出需要發(fā)送的請求，將其交由 httpasyncclient 客戶端進行發(fā)送。

具體代碼如下：

public class ReplayApplication {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

         //創(chuàng)建有內(nèi)存泄露的回放客戶端
        ReplayWithProblem replay1 = new ReplayWithProblem();
        
         //加載一萬條請求數(shù)據(jù)放入緩存
        List cache1 = replay1.loadMockRequest(10000);
        
        //開始循環(huán)回放
        replay1.start(cache1);

    }
}

這里以回放百度為例，創(chuàng)建10000條mock數(shù)據(jù)放入緩存列表。回放時，以 while 循環(huán)每100ms 發(fā)送一個請求出去。具體代碼如下:

public class ReplayWithProblem {

    public List loadMockRequest(int n){
    
        List cache = new ArrayList(n);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            HttpGet request = new HttpGet("http://www.baidu.com?a="+i);
            cache.add(request);
        }
        return cache;
        
    }

    public void start(List cache) throws InterruptedException {

        HttpAsyncClient httpClient = new HttpAsyncClient();
        int i = 0;

        while (true){

            final HttpUriRequest request = cache.get(i%cache.size());
            httpClient.execute(request, new FutureCallback() {
                public void completed(final HttpResponse response) {
                    System.out.println(request.getRequestLine() + "->" + response.getStatusLine());
                }

                public void failed(final Exception ex) {
                    System.out.println(request.getRequestLine() + "->" + ex);
                }

                public void cancelled() {
                    System.out.println(request.getRequestLine() + " cancelled");
                }

            });
            i++;
            Thread.sleep(100);
        }
    }

}

啟動 ReplayApplication 應(yīng)用（IDEA 中安裝 VisualVM Launcher后，可以直接啟動visualvm），通過 visualVM 進行觀察。

啟動情況：

visualVM 中前后3分鐘的內(nèi)存對象占比情況：

說明：$0代表的是對象本身，$1代表的是該對象中的第一個內(nèi)部類。所以ReplayWithProblem$1: 代表的是ReplayWithProblem類中FutureCallback的回調(diào)類。

從中，我們可以發(fā)現(xiàn) FutureCallback 類會被不斷的創(chuàng)建。因為每次異步發(fā)送 http 請求，都是通過創(chuàng)建一個回調(diào)類來接收結(jié)果，邏輯上看上去也正常。不急，我們接著往下看。

visualVM 中前后3分鐘的GC情況：

從圖中看出，內(nèi)存的 old 在不斷的增長，這就不對了。內(nèi)存中維持的應(yīng)該只有緩存列表的http請求體，現(xiàn)在在不斷的增長，就有說明了不斷的有對象進入old區(qū)，結(jié)合上面內(nèi)存對象的情況，說明了 FutureCallback 對象沒有被及時的回收。

可是該回調(diào)匿名類在 http 回調(diào)結(jié)束后，引用關(guān)系就沒了，在下一次 GC 理應(yīng)被回收才對。我們通過對 httpasyncclient 發(fā)送請求的源碼進行跟蹤了一下后發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部實現(xiàn)是將回調(diào)類塞入到了http的請求類中，而請求類是放在在緩存隊列中，所以導(dǎo)致回調(diào)類的引用關(guān)系沒有解除，大量的回調(diào)類晉升到了old區(qū)，最終導(dǎo)致 Full GC 產(chǎn)生。

核心代碼分析：

找到問題的原因，我們現(xiàn)在來優(yōu)化代碼，驗證我們的結(jié)論。因為List cache1中會保存回調(diào)對象，所以我們不能緩存請求類，只能緩存基本數(shù)據(jù)，在使用時進行動態(tài)的生成，來保證回調(diào)對象的及時回收。

代碼如下：

public class ReplayApplication {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ReplayWithoutProblem replay2 = new ReplayWithoutProblem();
        List cache2 = replay2.loadMockRequest(10000);
        replay2.start(cache2);

    }
}

public class ReplayWithoutProblem {

    public List loadMockRequest(int n){
        List cache = new ArrayList(n);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            cache.add("http://www.baidu.com?a="+i);
        }
        return cache;
    }

    public void start(List cache) throws InterruptedException {

        HttpAsyncClient httpClient = new HttpAsyncClient();
        int i = 0;

        while (true){

            String url = cache.get(i%cache.size());
            final HttpGet request = new HttpGet(url);
            httpClient.execute(request, new FutureCallback() {
                public void completed(final HttpResponse response) {
                    System.out.println(request.getRequestLine() + "->" + response.getStatusLine());
                }

                public void failed(final Exception ex) {
                    System.out.println(request.getRequestLine() + "->" + ex);
                }

                public void cancelled() {
                    System.out.println(request.getRequestLine() + " cancelled");
                }

            });
            i++;
            Thread.sleep(100);
        }
    }

}

啟動情況：

visualVM 中前后3分鐘的內(nèi)存對象占比情況：

visualVM 中前后3分鐘的GC情況：

從圖中，可以證明我們得出的結(jié)論是正確的。回調(diào)類在 Eden 區(qū)就會被及時的回收掉。old 區(qū)也沒有持續(xù)的增長情況了。這一次的內(nèi)存泄露問題算是解決了。

關(guān)于內(nèi)存泄露問題在第一次排查時，往往是有點不知所措的。我們需要有正確的方法和手段，配上好用的工具，這樣在解決問題時，才能游刃有余。當(dāng)然對JAVA內(nèi)存的基礎(chǔ)知識也是必不可少的，這時你定位問題的關(guān)鍵，不然就算工具告訴你這塊有錯，你也不能定位原因。

最后，關(guān)于 httpasyncclient 的使用，工具本身是沒有問題的。只是我們得了解它的使用場景，往往產(chǎn)生問題多的，都是使用的不當(dāng)造成的。所以，在使用工具時，對于它的了解程度，往往決定了出現(xiàn) bug 的機率。