GC耗时高，原因竟是服务流量小？

最近，我们系统配置了GC耗时的监控，但配置上之后，系统会偶尔出现GC耗时大于1s的报警，排查花了一些力气，故在这里分享下。,我们系统分多个环境部署，出现GC长耗时的是俄罗斯环境，其它环境没有这个问题，这里比较奇怪的是，俄罗斯环境是流量最低的一个环境，而且大多数GC长耗时发生在深夜。,发现报警后，我立马查看了GC日志，如下： ,,日志中出现了to-space exhausted，经过一番了解，出现这个是由于g1在做gc时，都是先复制存活对象，再回收原region，当没有空闲空间复制存活对象时，就会出现to-space exhausted，而这种GC场景代价是非常大的。,同时，在这个gc发生之前，还发现了一些如下的日志。,,这里可以看到，系统在分配约30M+的大对象，难道是有代码频繁分配大对象导致的gc问题。,jdk在分配大对象时，会调用G1CollectedHeap::humongous_obj_allocate方法，而使用async-profiler可以很容易知道哪里调用了这个方法，如下：,将humongous.jfr文件用jmc打开，如下：,,根据调用栈我发现，这是我们的一个定时任务，它会定时调用一个接口获取配置信息并缓存它，而这个接口返回的数据量达14M之多。,难道是这个接口导致的gc问题？但这个定时任务调用也不频繁呀，5分钟才调用一次，不至于让gc忙不过来吧！另一个疑问是，这个定时任务在其它环境也会运行，而且其它环境的业务流量大得多，为什么其它环境没有问题？,至此，我也不确定是这个定时任务导致的问题，还是系统自身特点导致偶尔的高gc耗时。,由于我们有固定的上线日，于是我打算先优化产生大对象的代码，然后在上线前的期间试着优化一下jvm gc参数。,我们使用的是httpclient调用接口，调用接口时，代码会先将接口返回数据读取成String，然后再使用jackson把String转成map对象，简化如下：,要优化它也很简单，使用jackson的readValue有一个传入InputStream的重载方法，用它来读取json数据，而不是将其加载成一个大的String对象再读，如下：,注：这里面map从逻辑上来说是一个大对象，但对jvm来说，它只是很多个小对象然后用指针连接起来而已，大对象一般由大数组造成，大String之所以是大对象，是因为它里面有一个很大的char[]数组。,优化完代码后，我开始研究优化jvm gc参数了，我们使用的是jdk8，垃圾收集器是g1，为了理解g1的调优参数，又简单学习了下g1的关键概念。,g1是分region收集的，但region也分年轻代与老年代。,g1的gc分young gc与mixed gc，young gc用于收集年轻代region，mixed gc会收集年轻代与老年代region。,在mixed gc回收之前，需要先经历一个并发周期(Concurrent Cycles)，用来标记各region的对象存活情况，让mixed gc可以判断出需要回收哪些region。,并发周期分为如下4个子阶段：a. 初始标记(initial marking)b. 并发标记(concurrent marking)c. 重新标记(remarking)d. 清理(clean up)需要注意的是，初始标记(initial marking)这一步是借助young gc完成的。,在g1中，young gc几乎没有什么可调参数，而mixed gc有一些，常见如下：,出现to-space exhausted会不会是mixed gc太慢了呢？于是我调整了如下参数：,于是我按照上面调整了jvm参数，可是第二天我发现还是有GC长耗时，次数也没有减少，看来问题根因和我调整的参数没有关系。,就这样，到了上线日，于是我上线了前面优化大对象的代码，一天后，我发现偶尔的GC长耗时竟然没有了！,问题就这样解决了！！！,然而我心里还是有一个大大的问号，其它环境同样有这个定时任务，一样的运行频率，jvm配置也全是一样的，为啥其它环境没有问题呢？其它环境业务流量还大一些！,为此，我搜索了大量关于g1大对象的文章，我发现大对象的分配与回收过程有点特殊，如下：,我忽然想到，莫非是俄罗斯环境流量太低，触发不了young gc，且并发周期又因为什么原因没执行，但定时任务又慢慢生成大对象将old region占满，导致了to-space exhausted？,于是，我打算写段代码试验一下，慢慢的只生成大对象，看g1会不会回收，如下：,,这个一个命令行交互程序，使用如下jvm参数启动它：,使用了1600M的堆，16M的region size，所以总共有100个region，jdk版本是1.8.0_222。通过在这个交互程序中输入gc 9437184 20 0，可以生成20个9M的大对象。,当我输入3次gc 9437184 20 0后，如下：我从gc日志中发现了一次由initial marking触发的young gc，说明g1启动了并发周期，之所以发生young gc，是因为initial marking是借助ygc执行的。,,紧接着，我发现了并发标记、重新标记与清理阶段的日志。,,然后我在jstat中发现老年代使用率降低了，因为young gc会回收大对象，所以老年代使用率降低也是正常的。,,当我又执行了2次gc 9437184 20 0后，使得堆占用率再次大于45%，我发现gc日志中出现如下内容：,,看字面意思是，由于mixed gc正在执行，没有再次启动并发周期。,可是，我在这种状态下等了好久，也没有看到mixed gc的日志出来，不是说mixed gc正在执行嚒，它一定是有什么问题！,于是，我又执行了好几次gc 9437184 20 0，我在gc日志中发现了to-space exhausted！,,,注：添加-XX:G1LogLevel=finest参数，才能输出Humongous Reclaimed这一项。,但是，大对象分区占了98个，堆占用率肯定超过了45%，为何一直没有再次启动并发周期呢？,感觉这可能是jdk的bug，于是我分别下了最新的jdk8u与jdk11u验证，发现问题在最新的jdk8u中依然存在，而jdk11u中则不存在，这应该就是JDK的Bug！于是我通过二分搜索法多次编译了不同版本的JDK，最终确定问题fix在jdk9_b93与jdk9_b94之间。,,并在jdk的bug库中，搜索到了相同描述的bug反馈，如下：,,https://bugs.openjdk.org/browse/JDK-8140689,Bug改动代码如下：,,大致瞄了下代码，可能理解得不完全正确，改动逻辑如下：,所以在使用JDK8时，像那种系统流量很小，新生代较大，又有定时任务不断产生大对象的场景，堆几乎必然会被慢慢占满，要解决这个问题，可参考如下处理：,考虑到我们负责的其它系统中，时不时就有一波大响应体的请求，也没法快速修改代码，于是我统一将-XX:G1MaxNewSizePercent减小到30%，经过观察，修改后GC频率有所增加，但暂停时间有所下降，这是符合期望的。,当我在jdk的bug库中搜索问题时，发现不少和G1大对象相关的优化，早期JDK(如JDK8)的G1实现可能在大对象回收上不太完善，所以写代码时要注意尽量少创建大对象，以回避这些隐性问题。,注：这之后又遇到了Update RS (ms)耗时高，竟也和大对象有关，添加-XX:-ReduceInitialCardMarks后解决，看来大对象是万恶之源啊