一次诡异的FGC，原因让我找了好久

2024-04-12 11:29:02

正撸着代码，公司内的聊天工具弹出一条信息：

“狼哥，我这个机器总是频繁FGC...”

我赶紧打开对话框，机智的回复一个表情

然后继续默默撸码。

随后，小伙伴砸了一段GC日志过来


2019-09-17T20:33:57.889+0800: 4753520.554: [Full GC (Metadata GC Threshold) 4753520.554: [CMS[YG occupancy: 723220 K (1887488 K)]4753520.988: [weak refs process        ing, 0.0042134 secs]4753520.992: [class unloading, 0.0987343 secs]4753521.091: [scrub symbol table, 0.0237609 secs]4753521.115: [scrub string table, 0.0025983 s        ecs]: 145423K->141376K(3354624K), 0.6260023 secs] 868644K->864597K(5242112K), [Metaspace: 128179K->128179K(1234944K)], 0.6264315 secs] [Times: user=1.24 sys=0.0        0, real=0.63 secs]
4159962 Heap after GC invocations=8029 (full 50):
4159963  par new generation   total 1887488K, used 723220K [0x0000000673400000, 0x00000006f3400000, 0x00000006f3400000)
4159964   eden space 1677824K,  42% used [0x0000000673400000, 0x000000069ed59090, 0x00000006d9a80000)
4159965   from space 209664K,   4% used [0x00000006d9a80000, 0x00000006da36c210, 0x00000006e6740000)
4159966   to   space 209664K,   0% used [0x00000006e6740000, 0x00000006e6740000, 0x00000006f3400000)
4159967  concurrent mark-sweep generation total 3354624K, used 141376K [0x00000006f3400000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
4159968  Metaspace       used 128145K, capacity 136860K, committed 262144K, reserved 1234944K
4159969   class space    used 14443K, capacity 16168K, committed 77312K, reserved 1048576K
4159970 }
4159971 {Heap before GC invocations=8029 (full 50):
4159972  par new generation   total 1887488K, used 723220K [0x0000000673400000, 0x00000006f3400000, 0x00000006f3400000)
4159973   eden space 1677824K,  42% used [0x0000000673400000, 0x000000069ed59090, 0x00000006d9a80000)
4159974   from space 209664K,   4% used [0x00000006d9a80000, 0x00000006da36c210, 0x00000006e6740000)
4159975   to   space 209664K,   0% used [0x00000006e6740000, 0x00000006e6740000, 0x00000006f3400000)
4159976  concurrent mark-sweep generation total 3354624K, used 141376K [0x00000006f3400000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)

我这慧眼一瞧，看到了几个关键单词Full GC 、Metadata GC Threshold，然后很随意的回复了

“是不是metaspace没有设置，或者设置太小，导致了FGC” 外加一个得意的表情

然后，又砸过来一段JVM参数配置

CATALINA_OPTS="$CATALINA_OPTS -server -Djava.awt.headless=true -Xms5324m -Xmx5324m -Xss512k -XX:PermSize=350m -XX:MaxPermSize=350m -XX:MetaspaceSize=256m -XX:MaxMet    aspaceSize=256m -XX:NewSize=2048m -XX:MaxNewSize=2048m -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=9 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX    :+CMSScavengeBeforeRemark -XX:+ScavengeBeforeFullGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=9 -XX:CMSInitiat    ingOccupancyFraction=80 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 -XX:-ReduceInitialCardMarks -XX:+CMSPermGenSweepingEnabled -XX:CMSInitiatingPerm    OccupancyFraction=80 -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent -Djava.nio.channels.spi.SelectorProvider=[sun.nio.ch](http://sun.nio.ch/).EPollSelectorProvider -Djava.util.logging.manager=org.apac    he.juli.ClassLoaderLogManager -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime -XX:+PrintHeapAtGC     -Xloggc:/data/applogs/heap_trace.txt -XX:+IgnoreUnrecognizedVMOptions -XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/applogs/HeapDumpOnOutOfMemoryError"

“应该不是，我们配置了-XX:MaxMetaspaceSize=256m -XX:MetaspaceSize=256m”

看到配置之后，有点懵逼，好像超出了我的认知范围，一下子没回复，又扔过来一堆数据。

image.png

“看cat监控数据，Metaspace使用率在50%的时候就FGC了，GC 日志上的显示也只用了142M，可是我们明明设置了初始值是256M，最大值250M，这还没达到阈值”

机智如我，赶紧回复 “等等，我空的时候再看看”

等空闲下来，我又想起了这个问题，决定好好研究下。

既然是Metadata GC Threshold引起的FGC，那么只可能是MetadataSpace使用完了，我又反复的看了下GC日志片段，盯着下面看了会

[0x00000006f3400000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
4159977  Metaspace       used 128145K, capacity 136860K, committed 262144K, reserved 1234944K

发生FGC之前，Metaspace的committed确实达到了256M，
我们需要知道一点：当目前的committed内存+当前需要分配的内存达到Metaspace阈值，就会发生Metadata GC Threshold的FGC。

看到这里，我们也能大概猜出了，这次FGC是合理的。

但是，为什么used指标只有125M，却还要申请其它内存？

看来只有一个原因可以解释了：内存碎片。

之前只听过老年代因为CMS的标记清理会产生内存碎片导致FGC，为什么Metaspace也会有这样的问题？

让同事对有问题的机器dump了下，用mat打开之后，发现了一个新大陆，包含了大量的类加载器。

难道这个碎片问题是大量类加载器引起的？

本地验证

有了这个疑问，那就简单了，看看能不能在本地复现。
1、先定义一个自定义的类加载器，破坏双亲委派

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try{
                String filePath = "/Users/zhanjun/Desktop/" + name.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
                //指定读取磁盘上的某个文件夹下的.class文件：
                File file = new File(filePath);
                FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
                byte[] bytes = new byte[fis.available()];
                fis.read(bytes);
                //调用defineClass方法，将字节数组转换成Class对象
                Class<?> clazz = this.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
                fis.close();
                return clazz;
            }catch (FileNotFoundException e){
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {

            }
            return super.findClass(name);
        }
    }

2、然后在while循环中，不断的 load 已经编译好的class文件

public static void main(String[] args) throws Exception {
        while (true) {
            Class clazz0 = new MyClassLoader().loadClass("com.sankuai.discover.memory.OOM");
        }
    }

3、最后，配置一下jvm启动参数

-Xmx2688M -Xms2688M -Xmn960M -XX:MetaspaceSize=50M -XX:MaxMetaspaceSize=100M -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

启动之后，不一会儿在控制台果然出现了日志

{Heap before GC invocations=0 (full 0):
 par new generation   total 884736K, used 330302K [0x0000000752400000, 0x000000078e400000, 0x000000078e400000)
  eden space 786432K,  42% used [0x0000000752400000, 0x000000076668fae0, 0x0000000782400000)
  from space 98304K,   0% used [0x0000000782400000, 0x0000000782400000, 0x0000000788400000)
  to   space 98304K,   0% used [0x0000000788400000, 0x0000000788400000, 0x000000078e400000)
 concurrent mark-sweep generation total 1769472K, used 0K [0x000000078e400000, 0x00000007fa400000, 0x00000007fa400000)
 Metaspace       used 22636K, capacity 102360K, committed 102400K, reserved 1118208K
  class space    used 8829K, capacity 33008K, committed 33008K, reserved 1048576K
2019-09-21T16:09:28.562-0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) 2019-09-21T16:09:28.562-0800: [CMS: 0K->5029K(1769472K), 0.0987115 secs] 330302K->5029K(2654208K), [Metaspace: 22636K->22636K(1118208K)], 0.1340367 secs] [Times: user=0.11 sys=0.03, real=0.13 secs] 
Heap after GC invocations=1 (full 1):
 par new generation   total 884736K, used 0K [0x0000000752400000, 0x000000078e400000, 0x000000078e400000)
  eden space 786432K,   0% used [0x0000000752400000, 0x0000000752400000, 0x0000000782400000)
  from space 98304K,   0% used [0x0000000782400000, 0x0000000782400000, 0x0000000788400000)
  to   space 98304K,   0% used [0x0000000788400000, 0x0000000788400000, 0x000000078e400000)
 concurrent mark-sweep generation total 1769472K, used 5029K [0x000000078e400000, 0x00000007fa400000, 0x00000007fa400000)
 Metaspace       used 2885K, capacity 4500K, committed 43008K, reserved 1058816K
  class space    used 291K, capacity 388K, committed 33008K, reserved 1048576K
}

从日志可以看出来，发生FGC之前，used大概22M，committed已经达到100M，这时再加载class的时候，需要申请内存，就不够了，只能通过FGC对Metaspace的内存进行整理压缩。

到现在，我们已经验证了过多的类加载器确实可以引起FGC。

内存碎片是怎么产生的？

其实，JVM内部为了实现高效分配，在类加载器第一次加载类的时候，会在Metaspace分配一个独立的内存块，随后该类加载加载的类信息都保存在该内存块。但如果这个类加载器只加载了一个类或者少数类，那这块内存就被浪费了，如果类加载器又特别多，那内存碎片就产生了。

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内存碎片是怎么产生的？

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