Java的Groovy执行器内存泄露(MetaSpace)问题分析与解决办法

环境与背景

在java程序中通过GroovyScriptEvaluator执行器创建脚本Script对象调用Groovy脚本语言来完成某些功能, ,会通过AppClassLoader或者GroovyClassLoader去生产一个随机的名称的Groovy的Script类对象,导致元数据,产生的class类会被AppClassLoader或者GroovyClassLoader内部对应的Map所引用,导致不不能满足被垃圾回收的条件, 在执行脚本期间,得到了 Out of Metaspace出错

jdk8, groovy 2.4.6版本

  <dependency>
     <groupId>org.codehaus.groovy</groupId>
      <artifactId>groovy-all</artifactId>
      <version>2.4.6</version>
  </dependency>

执行脚本方式

1 Spring GroovyScriptEvaluator执行器
2.ScriptEngineManager 基于JDK的SPI方式提供的执行脚本引擎
3.基于GroovyShell

问题复现方式

GroovyScriptEngineImpl se;

while (true)
{
    se = new GroovyScriptEngineImpl(new GroovyClassLoader());
    CompiledScript script = se.compile("println(\"hello\")");
    script.eval(se.createBindings());
}

或者

    private static GroovyScriptEvaluator evaluator = new GroovyScriptEvaluator();


    public static Object evaluateScript(String script, Map<String, Object> context) {
        ScriptSource scriptSource = new StaticScriptSource(script);
        return evaluator.evaluate(scriptSource, context);
    }

    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            evaluateScript("1+2", Maps.newHashMap());
        }
    }

JVM调优复现参数

-Xms200m -Xmx200m -Xss1m -XX:MetaspaceSize=40m -XX:MaxMetaspaceSize=40m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintTenuringDistribution -XX:+PrintHeapAtGC -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime -Xloggc:C:\Users\admin\Desktop\GC\gc-%t.log -XX:+TraceClassLoading -XX:+TraceClassUnloading -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=10 -XX:GCLogFileSize=50M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=C:\Users\admin\Desktop\GC\memory.log

类加载机制-双亲委派

Groovy的ClassLoader体系：

Bootstrap ClassLoader
↑
sun.misc.Launcher.ExtClassLoader // 即Extension ClassLoader
↑
sun.misc.Launcher.AppClassLoader // 即System ClassLoader
↑
org.codehaus.groovy.tools.RootLoader // 以下为User Custom ClassLoader
↑
groovy.lang.GroovyClassLoader
↑
groovy.lang.GroovyClassLoader.InnerLoader

异常现象

groovy 2.4.6 版本
在这里插入图片描述

解决思路: 1. 更换版本groovy2.4.8以及以上版本,则会回收Script类,可以解决问题,但是会存在性能问题
在这里插入图片描述
解决思路2: 升级jdk版本, 升级jdk版本11, 尝试解决类不会回收的问题

groovy 2.4.6 版本 出现问题
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

排查Metaspace方式

1. 通过jps命令,查看java进程pid

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/447af6724a804de4b00fcd6f11afcb90.png

2. 通过jinfo 命令查看额外的java参数配置信息

在这里插入图片描述

3. 通过jmap用来查看内存信息，实例个数以及占用内存大小

在这里插入图片描述

num：序号
instances：实例数量
bytes：占用空间大小
class name：类名称，[C is a char[]，[S is a short[]，[I is a int[]，[B is a byte[]，[[I is a int[][]

4. 通过jstat 命令查看堆内存各部分的使用量，以及加载类的数量

评估程序内存使用及GC压力整体情况
在这里插入图片描述

S0C：第一个幸存区的大小，单位KB
S1C：第二个幸存区的大小
S0U：第一个幸存区的使用大小
S1U：第二个幸存区的使用大小
EC：伊甸园区的大小
EU：伊甸园区的使用大小
OC：老年代大小
OU：老年代使用大小
MC：方法区大小(元空间)
MU：方法区使用大小
CCSC:压缩类空间大小
CCSU:压缩类空间使用大小
YGC：年轻代垃圾回收次数
YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间，单位s
FGC：老年代垃圾回收次数
FGCT：老年代垃圾回收消耗时间，单位s
GCT：垃圾回收消耗总时间，单位s

堆内存统计

在这里插入图片描述

NGCMN：新生代最小容量
NGCMX：新生代最大容量
NGC：当前新生代容量
S0C：第一个幸存区大小
S1C：第二个幸存区的大小
EC：伊甸园区的大小
OGCMN：老年代最小容量
OGCMX：老年代最大容量
OGC：当前老年代大小
OC:当前老年代大小
MCMN:最小元数据容量
MCMX：最大元数据容量
MC：当前元数据空间大小
CCSMN：最小压缩类空间大小
CCSMX：最大压缩类空间大小
CCSC：当前压缩类空间大小
YGC：年轻代gc次数
FGC：老年代GC次数

jconsole 查看堆栈元数据等信息

在这里插入图片描述

分析内存溢出信息 jvisualvm

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=./ （路径）
通过参数, 导入dump文件
在这里插入图片描述

查看相应的堆栈信息, 以及方法入栈/出栈等信息, 系统属性 显示线程 等确定代码异常位置
查看类信息, 找出类创建数量多的类, 是否有自己写的相关类信息,进行代码定位

代码解决方案

升级groovy版本为2.4.8或以上版本

1. java SPI提供的接口方式

@Slf4j
public class GroovyScriptUtil {

    public GroovyScriptUtil() {
    }

    private static final String EngineName = "groovy";
    private static ScriptEngine engine = null;
    static{
        ScriptEngineManager factory = new ScriptEngineManager();
        engine = factory.getEngineByName(EngineName);
    }
    public static Object evaluateScript(String script, Map<String, Object> params) {
        try {
            Bindings bindings = engine.createBindings();
            bindings.putAll(params);
            return engine.eval(script,bindings);
        } catch (Exception e) {
            log.error("script脚本执行异常,script:{},params:{}",script,params);
            log.error("script脚本执行异常:",e);
            return null;
        }
    }
}

2.groovy shell方式

public class GroovyUtils {
    private static GroovyShell groovyShell = new GroovyShell();

    private static Map<String, Script> scriptCache = new ConcurrentHashMap<>();

    private static <T> T invoke(String scriptText, String function, Object... objects) throws Exception {
        Script script;
        String cacheKey = DigestUtils.md5Hex(scriptText);

        if (scriptCache.containsKey(cacheKey)) {
            script = scriptCache.get(cacheKey);
        } else {
            script = groovyShell.parse(scriptText);
            scriptCache.put(cacheKey, script);
        }
        
        return (T) InvokerHelper.invokeMethod(script, function, objects);
    }
}

常用的JVM参数

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：表示当JVM发生OOM时，自动生成DUMP文件。

-XX:HeapDumpPath：表示生成DUMP文件的路径，也可以指定文件名称。

-Xms	启动应用时，JVM 堆空间的初始大小值。
-Xmx	应用运行中，JVM 堆空间的极限值。为了不消耗扩大JVM堆空间分配的开销，将此参数和-Xms这个两个值设为相等，考虑到需要开线程，将此值设置为总内存的80%.
-Xss    单个线程堆栈大小值；JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K
-Xms 的默认值是物理内存的 1/64 但小于1G，-Xmx 的默认值是物理内存的 1/4 但小于1G
-Xmn	此参数硬性规定堆空间的新生代空间大小，推荐设为堆空间大小的1/4。
-XX:+UseParNewGC 开启此参数，多个CPU可并发进行垃圾回收，可提高垃圾回收的速度。此参数和+UseParallelGC，-XX:ParallelGCThreads搭配使用。
+UseParallelGC  年轻代使用并发收集，而年老代仍旧使用串行收集 。可提高系统的吞吐量。
XX:ParallelGCThreads  年轻代并行垃圾收集的前提下（对并发也有效果）的线程数，增加并行度.此值最好配置与处理器数目相等
-Xloggc:<file>    将 GC 状态记录在文件中 (带时间戳)
JVM 参数关系到系统的性能，而其中 -XX:PermSize，-XX:MaxPermSize，-Xms，-Xmx 和 -Xmn 这 5 个参数更是直接关系到系统的性能，系统是否会出现内存溢出。
-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 分别设置应用服务器启动时，永久存储区的初始大小和极限大小；在生产环境中强烈推荐将这个两个值设置为相同的值，以避免分配永久存储区的开销,如果不进行设置-XX:MaxPermSize ，则默认值为 64M (jdk1.8之前使用)
-XX：MaxMetaspaceSize： 设置元空间最大值， 默认是-1， 即不限制， 或者说只受限于本地内存大小。
-XX：MetaspaceSize： 指定元空间触发Fullgc的初始阈值(元空间无固定初始大小)， 以字节为单位，默认是21M，达到该值就会触发
full gc进行类型卸载， 同时收集器会对该值进行调整： 如果释放了大量的空间， 就适当降低该值； 如果释放了很少的空间， 那么在不超
过-XX：MaxMetaspaceSize（如果设置了的话） 的情况下， 适当提高该值。这个跟早期jdk版本的-XX:PermSize参数意思不一样，-
XX:PermSize代表永久代的初始容量。


-Xloggc:/path/logs/gc-%t.log	GC日志存储的文件路径，%t 表示每次启动时用时间戳命名日志文件，如 gc-2021-03-29_20-41-47.log。
-XX:+UseGCLogFileRotation	开启日志文件分割
-XX:NumberOfGCLogFiles=16	最多分割几个文件，超过之后从头开始写
-XX:GCLogFileSize=100M	每个文件存储的上限大小，超过就触发分割
-XX:+PrintGCDetails	打印GC详细信息
-XX:+PrintGCDateStamps	打印GC日期戳
-XX:+PrintTenuringDistribution	打印对象年龄分布日志，分析 GC 时的晋升情况和晋升导致的高暂停
-XX:+PrintHeapAtGC	GC 后打印堆数据，用于对比一下 GC 前后的堆内存情况，更直观
-XX:+PrintReferenceGC	打印 Reference 处理信息
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime	打印 STW 暂停时间
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version   查看JVM使用什么垃圾收集器
 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 -XX:HeapDumpPath=./ （路径）
jps    查看java进程号
jinfo
jstat
jstack
jamp
jconsole.exe
jvisualvm.exe

调优工具Arthas

支持 JDK6+，采用命令行交互模式，可以方便的定位和诊断
线上程序运行问题。Arthas 官方文档十分详细，详见：https://alibaba.github.io/arthas
1.用java -jar运行即可，可以识别机器上所有Java进程
2. 选择识别的java进程号, 输入即可进入arthas 的控制台
3. 输入dashboard,可以查看整个进程的运行情况，线程、内存、GC、运行环境信息
4. 输入thread可以查看线程详细情况
5. 输入 jad加类的全名可以反编译，这样可以方便我们查看线上代码是否是正确的版本
6. 使用 ognl 命令可以查看线上系统变量的值，甚至可以修改变量的值
7. 还有很多命令可以在官网查看,进行使用即可

参考

https://www.cnblogs.com/hanease/p/16131868.html
https://blog.csdn.net/ld851/article/details/111180179
https://blog.csdn.net/weixin_46017166/article/details/127820176
jvm: https://api.dandelioncloud.cn/article/details/1497067909796171778