惨遭DruidDataSource和Mybatis暗算,导致OOM

先遭DruidDataSource袭击

事发

一个平凡的工作日，我像往常一样完成产品提出的需求的业务代码，突然收到了监控平台发出的告警信息。本以为又是一些业务上的bug导致的报错，一看报错发现日志写着java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space。

接着我远程到那台服务器上，但是卡的不行。于是我就用top命令查了一下cpu信息，占用都快要到99%了。再看看GC的日志发现程序一直在Full GC，怪不得cpu占用这么高。

这里就推测是有内存泄漏的问题导致GC无法回收内存导致OOM。为了先不影响业务，就先让运维把这个服务重启一下，果然重启后服务就正常了。

分析日志

先看一下报错日志详细写了一些什么错误信息，虽然一般OOM问题日志不能准确定位到问题，但是已经打开日志平台了，看一下作为参考也是不亏的。

看到日志中写的OOM事发场景是在计算多个用户的总金额的时候出现的，大致伪代码如下:

/**
 * OrderService.java
 */

// 1. 根据某些参数获取符合条件的用户id列表
List customerIds = orderService.queryCustomerIdByParam(param); 

// 2. 计算这些用户id的金额总和
long principal = orderMapper.countPrincipal(customerIds);

    select
    IFNULL(sum(remain_principal),0)
    from
    t_loan where
    
        customer_id in
        
            #{item}
        
    

这部分感觉出问题的原因是由于计算金额总额时，查询参数customerIds太多了。由于前段时间业务的变更，导致在参数不变的情况下，查询出的customerIds列表由原来的几十几百个id变成了上万个，就我看的报错信息这里的日志打印出来这个list的大小就有三万多个customerId。不过就算查询条件为三万多个而导致sql执行的比较慢，但是这个方法只有内部的财务系统才会调用，业务量没那么大，也不应该导致OOM的出现啊。
所以接着再看一下JVM打印出来的Dump文件来定位到具体的问题。

分析Dump文件

得益于在JVM参数中加了-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数，在发生OOM的时候系统会自动生成当时的Dump文件，这样我们可以完整的分析“案发现场”。这里我们使用Eclipse Memory Analyzer工具来帮忙解析Dump文件。

从Overview中的饼图可以很明显的看到有个蓝色区域占了最大头，这个类占了245.6MB的内存。再看左侧的说明写着DruidDataSource，好的，罪魁祸首就是他了。

再通过Domainator_Tree界面可以看到是com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource类下的com.alibaba.druid.stat.JdbcDataSourceStat$1对象里面有个LinkedHashMap，这个Map持有了600多个Entry，其中大约有100个Entry大小为2000000多字节(约2MB)。而Entry的key是String对象，看了一下String的内容大约都是select IFNULL(sum remain_principal),0) from t_loan where customer_id in (?, ?, ?, ? ...，果然就是刚才错误日志所提示的代码的功能。

问题分析

由于计算这些用户金额的查询条件有3万多个所以这个SQL语句特别长，然后这些SQL都被JdbcDataSourceStat中的一个HashMap对象所持有导致无法GC，从而导致OOM的发生。
嗯，简直是教科书般的OOM事件。

处理

接下来去看了一下JdbcDataSourceStat的源码，发现有个变量为LinkedHashMap sqlStatMap的Map。并且还有个静态变量和静态代码块:

private static JdbcDataSourceStat global;

static {
    String dbType = null;
    {
    String property = System.getProperty("druid.globalDbType");
    if (property != null && property.length() > 0) {
        dbType = property;
    }
    }
    global = new JdbcDataSourceStat("Global", "Global", dbType);
}

这就意味着除非手动在代码中释放global对象或者remove掉sqlStatMap里的对象，否则sqlStatMap就会一直被持有不能被GC释放。

已经定位到问题所在了，不过简单的从代码上看无法判定这个sqlStatMap具体是有什么作用，以及如何使其释放掉，于是到网上搜索了一下，发现在其Github的Issues里就有人提出过这个问题了。每个sql语句都会长期持有引用，加快FullGC频率。

sqlStatMap这个对象是用于Druid的监控统计功能的，所以要持有这些SQL用于展示在页面上。由于平时不使用这个功能，且询问其他同事也不清楚为何开启这个功能，所以决定先把这个功能关闭。

根据文档写这个功能默认是关闭的，不过被我们在配置文件中开启了，现在去掉这个配置就可以了

    ...
    
    

修改完上线后一段时间后没有发生OOM了，这时再通过jmap -dump:format=b,file=文件名 [pid]命令生成Dump文件，会发现内存占用恢复正常，并且也不会看到com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource类下有com.alibaba.druid.stat.JdbcDataSourceStat$1的占用。证明这个OOM问题已经被成功解决了。

再遭Mybatis暗算

事发

又是一个平凡的工作日，线上告警又出现报错，我一看日志又是OOM。我以为上次DruidDataSource问题还没解决干净，但是这次的现象却有点不一样。首先是这次只告警了一次，不像上次一直在告警。然后远程到服务器看cpu和内存占用正常，业务也没有受影响，所以这次也不用重启服务了。

分析

这次告警的错误日志还是指向着上次DruidDataSource导致OOM异常的位置，由于对其印象深刻，所以这次直接看看Dump文件(由于Dump文件比较大，线上的被清除了，而我也忘记备份，所以这份文件是我时候场景还原的时候生成的)。

这次没有明显的一个特别大的占用对象了，看来这次的问题确实和上次有所不一样。再去看看Domainator_Tree界面的具体分析。

虽然没有出现一个对象占用内存，但是可以看到有十几个线程都占用近20M的内存大小，加起来就要占用300多M的内存了。再看一下这些线程中内存占用是怎样的。

从这个线程的高占用内存情况来看，有几个是String类型的，是拼接SQL后的语句，这些是必不可少的。

还有两个高内存占用对象是org.apache.ibatis.scripting.xmltags.DynamicContext$ContextMap和org.apache.ibatis.builder.SqlSourceBuilder$ParameterMappingTokenHandler。

从这两个对象的内容看似乎是Mybatis拼接SQL的时候生成的占位符和参数对象。就比如下面的这个查询语句

List customerIds = orderService.queryCustomerIdByParam(param); 

long principal = orderMapper.countPrincipal(customerIds);

所以虽然用于查询的参数为Long的类型，即使这个List有三万多个其本身也不会占用很大的内存，但是Mybatis在拼接SQL的时候，会把Long类型的对象包装成一个通用的对象类型(类似于AbstractItem的感觉)，并且会给每一个通用对象类型起一个别名(比如__frch_item_1, __frch_item_2这样)，然后存放在Map中在拼接SQL的时候使用。又由于拼接SQL字符串还是比较消耗资源，当参数多SQL长的时候还是需要一定的时间的，这时候Map就会持有较长时间，一旦有较多线程同时做这种操作，内存占用就高，很容易发生OOM。

查看Mybatis源码分析

首先看org.apache.ibatis.scripting.xmltags.DynamicContext$ContextMap，他是DynamicContext的一个变量，变量名为bindings，是DynamicContext的内部类，继承了HashMap。并且DynamicContext类里用了bind()方法包装了HashMap的put()方法。

再利用IDEA的Usages of查看功能，看看哪些方法调用了bind()方法。

可以看到有三个类调用bind()方法，这里只用关注org.apache.ibatis.scripting.xmltags.ForEachSqlNode这个类，因为我们在Mybatis的xml里用了foreach关键字来实现SQL的in查询功能。那我们大致来看一下ForEachSqlNode这个类有什么特别的地方可能导致oom的。

ForEachSqlNode实现了SqlNode接口并实现了apply()方法，这个方法是拼接SQL语句的核心，下面是apply()方法的代码，我为一些关键步骤加了中文注释。

  @Override
  public boolean apply(DynamicContext context) {
      // bindings就是上面说到的占用大内存的对象
    Map bindings = context.getBindings();
    final Iterable iterable = evaluator.evaluateIterable(collectionExpression, bindings);
    if (!iterable.iterator().hasNext()) {
      return true;
    }
    boolean first = true;
    // SQL的开始字符串
    applyOpen(context);
    int i = 0;
    // 遍历参数
    for (Object o : iterable) {
      DynamicContext oldContext = context;
      if (first || separator == null) {
        context = new PrefixedContext(context, "");
      } else {
        context = new PrefixedContext(context, separator);
      }
      int uniqueNumber = context.getUniqueNumber();
      // Issue #709
      if (o instanceof Map.Entry) {
        // 如果是Map对象则用key value的形式
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Map.Entry mapEntry = (Map.Entry) o;
        applyIndex(context, mapEntry.getKey(), uniqueNumber);
        applyItem(context, mapEntry.getValue(), uniqueNumber);
      } else {
        // 以数量i作为key
        applyIndex(context, i, uniqueNumber);
        applyItem(context, o, uniqueNumber);
      }
      // FilteredDynamicContext动态生成SQL
      contents.apply(new FilteredDynamicContext(configuration, context, index, item, uniqueNumber));
      if (first) {
        first = !((PrefixedContext) context).isPrefixApplied();
      }
      context = oldContext;
      i++;
    }
    // SQL的结束字符串
    applyClose(context);
    context.getBindings().remove(item);
    context.getBindings().remove(index);
    return true;
  }

在每个遍历的时候applyIndex()和applyItem()方法就会将参数和参数的占位符，以及参数SQL前后缀调用上面说的bind()方法存在bindings里。

  private void applyIndex(DynamicContext context, Object o, int i) {
    if (index != null) {
      context.bind(index, o);
      context.bind(itemizeItem(index, i), o);
    }
  }

  private void applyItem(DynamicContext context, Object o, int i) {
    if (item != null) {
      context.bind(item, o);
      context.bind(itemizeItem(item, i), o);
    }
  }

接着用FilteredDynamicContext处理占位符，这是ForEachSqlNode的一个内部类，继承了DynamicContext类，主要重写了appendSql()方法。

  private static class FilteredDynamicContext extends DynamicContext {
    ...

    @Override
    public void appendSql(String sql) {
      GenericTokenParser parser = new GenericTokenParser("#{", "}", content -> {
        String newContent = content.replaceFirst("^\\s*" + item + "(?![^.,:\\s])", itemizeItem(item, index));
        if (itemIndex != null && newContent.equals(content)) {
          newContent = content.replaceFirst("^\\s*" + itemIndex + "(?![^.,:\\s])", itemizeItem(itemIndex, index));
        }
        return "#{" + newContent + "}";
      });

      delegate.appendSql(parser.parse(sql));
    }

appendSql()用正则来查找替换#{}占位符里的内容，但这里也不是真正的绑定参数，只是替换刚才存在bindings里面的占位符号，例如__frch_item_1, __frch_item_2(在Dump文件中看到的)。

问题分析

由此可以看出问题是，Mybatis的foreach拼接SQL的性能较差，尤其是通过正则之类的操作匹配占位符时需要较多的时间。同时又持有查询参数和占位符在ContextMap中无法被GC释放，所以一旦并发量上去就很容易内存占用过多导致OOM。

场景复现

这个问题在本地很容易复现，我们先创建数据库表

CREATE TABLE user
(
    id int(11) PRIMARY KEY NOT NULL,
    name varchar(50)
);

创建一个SpringBoot+Mybatis的工程项目。并且模拟线上的JVM配置，在IDEA设置这个工程的VM Option参数-Xmx512m -XX:+PrintGCDetails -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

写出对应模拟线上的foreach语句

    select
    IFNULL(sum(1),0)
    from user where
    
        id in
        
            #{item}
        
    

再写单元测试

@Test
public void count() {
    AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    for (int threadId = 0; threadId < 50; threadId++) {
        // 起50个线程并发调用countUser()方法
        int finalThreadId = threadId;
        new Thread(() -> {
            long userCount = userMapper.countUser(createIds(10000 + finalThreadId));
            log.info("thread:{}, userCount:{}", finalThreadId, userCount);
            count.getAndAdd(1);
        }).start();
    }

    // 等待50个查询线程跑完
    while (count.get() < 50) {
    }
    log.info("end!!!!");
}

private List createIds(int size) {
    List ids = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        ids.add((long) i);
    }
    return ids;
}

接着运行单元测试。由于在JVM配置加了-XX:+PrintGCDetails参数，所以在控制台会显示GC日志，不一会就会看见很多的Full GC，然后程序就会出现OOM报错。

处理

由于问题是Mybatis通过foreach拼接长SQL字符串性能太差导致的，所以解决思路有两种

1. 通过拆分in的查询条件来减少foreach每次拼接SQL的长度

@Test
public void count2() {
    AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    for (int threadId = 0; threadId < 50; threadId++) {
        // 起50个线程并发调用countUser()方法
        int finalThreadId = threadId;
        new Thread(() -> {
            List totalIds = createIds(100000 + finalThreadId);
            long totalUserCount = 0;
            //使用guava对list进行分割,按每1000个一组分割
            List> parts = Lists.partition(totalIds, 1000);
            for (List ids : parts) {
                totalUserCount += userMapper.countUser(ids);
            }
            log.info("thread:{}, userCount:{}", finalThreadId, totalUserCount);
            count.getAndAdd(1);
        }).start();
    }

    // 等待50个查询线程跑完
    while (count.get() < 50) {
    }
    log.info("end!!!!");
}

这样每次拼接查询SQL的时候只用循环1000次，很快就可以把资源释放掉，就不会引起OOM，但是这种方法还是会生成很多不必要的数据占用内存，频繁触发GC，浪费资源。

1. 不使用Mybatis的foreach来拼接in条件的SQL

既然Mybatis的foreach性能不好，那我们通过Java层面自己拼接in条件，特别是针对这种查询条件也比较单一的，更适合自己拼接。

@Test
public void count3() {
    AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    for (int threadId = 0; threadId < 50; threadId++) {
        // 起50个线程并发调用countUser()方法
        int finalThreadId = threadId;
        new Thread(() -> {
            List ids = createIds(100000 + finalThreadId);
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (long i : ids) {
                sb.append(i).append(",");
            }
            // 查询条件使用String字符串
            long userCount = userMapper.countUserString(sb.toString());
            log.info("thread:{}, userCount:{}", finalThreadId, userCount);
            count.getAndAdd(1);
        }).start();
    }

    // 等待50个查询线程跑完
    while (count.get() < 50) {
    }
    log.info("end!!!!");
}

    select
    IFNULL(sum(1),0)
    from user where
    
        id in (#{ids})
    

这样就能大大减少使用foreach而生成的对象，同时减少拼接SQL的时间，避免OOM发生的同时优化性能。

后记

这两次遇到OOM问题解决起来还算比较轻松的，除了后续分析得当以外，也离不开预先的环境配置。在服务JVM参数中增加-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError和-XX:+PrintGCDetails参数，可以在发生OOM的时候输出dump文件，并且能有GC日志查看GC的具体情况，这些都是对于OOM问题非常有帮助的。

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