Java服务刚启动时,一小波接口超时排查全过程

原创:扣钉日记(微信公众号ID:codelogs),欢迎分享,非公众号转载保留此声明。

简介

我们组有一个流量较大的Java服务,每次发代码时,服务都会有一小波接口超时,之前简单分析过,发现这些超时的case仅发生在服务刚启动时,少量请求会耗时好几秒,但之后又马上恢复正常。

问题发生

如下,是我们服务的一次上线,可以看到,上线期间(21:10左右)会有一小波499超时。
Java服务刚启动时,一小波接口超时排查全过程_第1张图片

而从我们全链路日志平台查看这些超时的调用,会发现外部网络操作(如:rpc调用、查询数据库等)耗时不高,所以耗时来源于执行java代码而非外部调用。

但为啥就刚启动完成那会比较耗时,之后又正常了呢,有点经验的话,肯定会想到这里面估计发生了什么隐式操作,那Java代码执行时会有哪些隐式操作可能导致耗时高呢?
我想到了如下几种情况:

  1. 懒加载操作,如连接池初始化、缓存加载?

经过检查,发现这些都已在启动时加载,不会延迟到请求时。

  1. 发生了GC?

经过检查,启动时GC正常,耗时不高。

  1. JIT即时编译功能导致?

java代码默认是解释执行的,当某些代码被多次执行后,会被JIT编译成原生指令执行,执行性能相应提升,但我通过JVM参数-Xint关闭了JIT后,发现问题依然存在,故排除了此原因。

  1. 执行过程中有锁?

经过检查代码,未发现锁的存在。

  1. 操作系统相关隐式操作,上下文切换、缺页中断、文件io慢?

经初步检查,CPU、内存、磁盘使用率都正常,这部分深入排查比较费力,且有权限限制,暂先跳过。

那会是什么原因导致的?

问题排查

暂时没啥头绪,我打算先用arthas的profile命令,收集一些CPU火焰图看看。

由于超时仅发生在刚启动完成后的部分请求,之后又恢复正常,故我计划在启动完成后开始收集火焰图,每次收集10s的火焰图,收集3次,然后对比前后的火焰图,看看它们有什么不同,收集脚本如下:

function flamegraph_sample(){
    # 不断检测服务直到它启动完成
    while sleep 1; do curl -sS --connect-timeout 3 -m3 http://127.0.0.1:8080/health | grep ok && break; done
    pid=`pgrep -n java`
    for i in {1..3}; do
        java -jar arthas-boot.jar -c "profiler start --alluser" "$pid";
        sleep 10s;
        java -jar arthas-boot.jar -c "profiler stop --file /tmp/flamegraph_cpu_%t.html " "$pid";
    done
    java -jar arthas-boot.jar -c "stop" "$pid";
}

生成的前2个火焰图如下:
Java服务刚启动时,一小波接口超时排查全过程_第2张图片
Java服务刚启动时,一小波接口超时排查全过程_第3张图片
乍一看,火焰图中没有明显的瓶颈点,但经过仔细查看,在第一张火焰图中搜索ClassLoader,可以搜到不少类加载操作(红色部分),而第二张则基本没有!

难道是类加载导致的?目前我有80%信心怀疑就是它导致的,但类加载有那么慢?

为此,我计划使用profile命令的-e wall模式收集刚启动完成时的调用栈,并使用jfr格式保存数据,其中wall模式适合诊断高耗时问题,而jfr格式数据会保存时间戳与线程名称,适合case by case分析,命令如下:

profiler start -e wall --file /tmp/result.jfr

收集到jfr文件后,使用jmc工具打开,然后我在日志平台上找到一个慢调用日志,它显示http-nio-8080-exec-28线程在21:14:1021:14:18时间段是一次耗时近8s的慢调用,所以我用此条件在jmc里过滤出此case的调用栈数据,如下:
Java服务刚启动时,一小波接口超时排查全过程_第4张图片
可以发现,确实绝大多数耗时发生在类加载上,类加载之所以慢是因为加载类有锁竞争,而我们接口由于查表较多,确实会触发非常多类的加载,所以问题比较明显。

问题解决

知道原因后,解决起来就简单了,把类提前加载到JVM即可,为了简单,我直接使用了spring中的工具方法,如下:

private static final String[] CLASS_PREFIX_ARR = new String[] {
                "org.apache", "com.thoughtworks", "io.netty", "com.google", "io.grpc",
                "com.alibaba", "org.springframework", "cn.hutool", "com.fasterxml", "org.hibernate", 
                "io.opencensus", "org.redisson", "io.micrometer", "io.prometheus",
        };

PathMatchingResourcePatternResolver resolver = new PathMatchingResourcePatternResolver();
for (String classPrefix : CLASS_PREFIX_ARR) {
    Resource[] resources;
    try {
        resources = resolver.getResources(
                "classpath*:" + StringUtils.replaceChars(classPrefix, '.', '/') + "/**/*.class");
    } catch (IOException e) {
        ExceptionUtils.rethrow(e);
        return;
    }
    for (Resource resource : resources) {
        String className = null;
        try (InputStream is = resource.getInputStream()) {
            ClassReader cr = new ClassReader(is);
            className = StringUtils.replaceChars(cr.getClassName(), '/', '.');
            Class clz = Class.forName(className);
            log.info("preLoadClass success: " + className + ", classLoader: " + clz.getClassLoader());
        } catch (Throwable e) { 
            log.warn("preLoadClass failed: " + className);
        }
    }
}

类预加载上线后,后面又进行过多次代码发布,发布过程中几乎不会再产生超时情况,问题确认已解决。

总结

此次问题的排查过程,还是用到了不少排查技巧的,总结一下:

  1. 当看起来不应该慢的代码执行慢时,可以想想有哪些可能的隐式操作存在,此次case的隐式操作就是类加载。
  2. 当诊断问题没有头绪时,可考虑使用arthas的profile命令来绘制火焰图,看从火焰图中能不能找到线索,尽管不会总是有效。
  3. 当从CPU火焰图中看不出明显问题时,可通过对比问题前后的火焰图来找不同点。
  4. 理解profile的-e cpu(默认)与-e wall选项的差异,一般-e cpu诊断高cpu问题,而-e wall诊断高耗时问题,但如果是偶尔慢一下,需要case by case分析,可考虑使用jfr格式保存诊断数据。

你可能感兴趣的:(javajvm)