线上应用故障排查：高内存占用
一：背景
作为一位菜鸟开发，在生产环境中，必定会踩上不少的坑，那么应该如何去排查线上环境的坑呢？特别是出现高内存占用的时候，比如一些常见的异常：
1、java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
2、java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space站在巨人的肩膀上，我们才能看得更远。我们看一下巨人们是如何定位到问题，并且解决问题的。
二：实操
1.Java内存模型
是描述Java程序中各变量（实例域、静态域和数组元素）之间的关系，以及在实际计算机系统中将变量存储到内存和从内存取出变量这样的低层细节。
在Java虚拟机中，内存分为三个代：新生代（New）、老生代（Old）、永久代（Perm）。
（1）新生代New：新建的对象都存放这里
（2）老生代Old：存放从新生代New中迁移过来的生命周期较久的对象。新生代New和老生代Old共同组成了堆内存。
（3）永久代Perm：是非堆内存的组成部分。主要存放加载的Class类级对象如class本身，method，field等等。
如果出现java.lang.OutOfMemoryError: java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：
（1）Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。
（2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。
如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。
一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。
从代码的角度，软件开发人员主要关注java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space异常，减少不必要的对象创建，同时避免内存泄漏。
2.实例
现在以一个实际的例子分析内存占用的故障排查。
通过top命令，发现PID为9004的Java进程一直占用比较高的内存不释放（24.7%），出现高内存占用的故障。
想起上一篇线上应用故障排查之一：高CPU占用介绍的PS命令，能否找到具体是哪个的线程呢？
ps -mp 9004 -o THREAD,tid,time,rss,size,%mem
遗憾的是，发现PS命令可以查到具体进程的CPU占用情况，但是不能查到一个进程下具体线程的内存占用情况。
只好寻求其他方法了，幸好Java提供了一个很好的内存监控工具：jmap命令
jmap命令有下面几种常用的用法：
•jmap [pid]
•jmap -histo:live [pid] >a.log
•jmap -dump:live,format=b,file=xxx.xxx [pid]
用得最多是后面两个。其中，jmap -histo:live [pid] 可以查看当前Java进程创建的活跃对象数目和占用内存大小。
jmap -dump:live,format=b,file=xxx.xxx [pid] 则可以将当前Java进程的内存占用情况导出来，方便用专门的内存分析工具（例如：MAT）来分析。
这个命令对于分析是否有内存泄漏很有帮助。具体怎么使用可以查看本博的另一篇文章：利用Eclipse Memory Analyzer Tool（MAT）分析内存泄漏
这里详细介绍下jmap -histo:live [pid] 命令：
从上图可以看出，int数Kl组、constMethodass、methodKlass、constantPoolKlass都占用了大量的内存。
特别是占用了大量内存的int数组，需要仔细检查相关代码。
3.总结
最后，总结下排查内存故障的方法和技巧有哪些：
1、top命令：Linux命令。可以查看实时的内存使用情况。
2、jmap -histo:live [pid]，然后分析具体的对象数目和占用内存大小，从而定位代码。
3、jmap -dump:live,format=b,file=xxx.xxx [pid]，然后利用MAT工具分析是否存在内存泄漏等等。
4.加鸡腿
一个应用占用CPU很高，除了确实是计算密集型应用之外，通常原因都是出现了死循环。
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以我们最近出现的一个实际故障为例，介绍怎么定位和解决这类问题。
根据top命令，发现PID为28555的Java进程占用CPU高达200%，出现故障。
通过ps aux | grep PID命令，可以进一步确定是tomcat进程出现了问题。但是，怎么定位到具体线程或者代码呢？
首先显示线程列表:
ps -mp pid -o THREAD,tid,time
找到了耗时最高的线程28802，占用CPU时间快两个小时了！
其次将需要的线程ID转换为16进制格式：
printf "%x\n" tid
最后打印线程的堆栈信息：
jstack pid |grep tid -A 30
找到出现问题的代码了！
现在来分析下具体的代码：ShortSocketIO.readBytes(ShortSocketIO.java:106)
ShortSocketIO是应用封装的一个用短连接Socket通信的工具类。readBytes函数的代码如下：
public byte[] readBytes(int length) throws IOException {
if ((this.socket == null) || (!this.socket.isConnected())) {
throw new IOException("++++ attempting to read from closed socket");
}
byte[] result = null;
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
if (this.recIndex >= length) {
bos.write(this.recBuf, 0, length);
byte[] newBuf = new byte[this.recBufSize];
if (this.recIndex > length) {
System.arraycopy(this.recBuf, length, newBuf, 0, this.recIndex - length);
}
this.recBuf = newBuf;
this.recIndex -= length;
} else {
int totalread = length;
if (this.recIndex > 0) {
totalread -= this.recIndex;
bos.write(this.recBuf, 0, this.recIndex);
this.recBuf = new byte[this.recBufSize];
this.recIndex = 0;
}
int readCount = 0;
while (totalread > 0) {
if ((readCount = this.in.read(this.recBuf)) > 0) {
if (totalread > readCount) {
bos.write(this.recBuf, 0, readCount);
this.recBuf = new byte[this.recBufSize];
this.recIndex = 0;
} else {
bos.write(this.recBuf, 0, totalread);
byte[] newBuf = new byte[this.recBufSize];
System.arraycopy(this.recBuf, totalread, newBuf, 0, readCount - totalread);
this.recBuf = newBuf;
this.recIndex = (readCount - totalread);
}
totalread -= readCount;
}
}
}问题就出在标红的代码部分。如果this.in.read()返回的数据小于等于0时，循环就一直进行下去了。而这种情况在网络拥塞的时候是可能发生的。
至于具体怎么修改就看业务逻辑应该怎么对待这种特殊情况了。
最后，总结下排查CPU故障的方法和技巧有哪些：
1、top命令：Linux命令。可以查看实时的CPU使用情况。也可以查看最近一段时间的CPU使用情况。
2、PS命令：Linux命令。强大的进程状态监控命令。可以查看进程以及进程中线程的当前CPU使用情况。属于当前状态的采样数据。
3、jstack：Java提供的命令。可以查看某个进程的当前线程栈运行情况。根据这个命令的输出可以定位某个进程的所有线程的当前运行状态、运行代码，以及是否死锁等等。
4、pstack：Linux命令。可以查看某个进程的当前线程栈运行情况。
5.声明
本文主要内容转自：线上应用故障排查：高内存占用