来源 | 程序员大帝
责编 | 晋兆雨
头图 | CSDN付费下载自视觉中国
案发现场
通常来说，一个系统在上线之前应该经过多轮的调试，在测试服务器上稳定的运行过一段时间。我们知道 Full GC 会导致 Stop The World 情况的出现，严重影响性能，所以一个性能良好的 JVM，应该几天才会发生一次 Full GC，或者最多一天几次而已。
但是昨天晚上突然收到短信通知，显示线上部署的四台机器全部卡死，服务全部不可用，赶紧查看问题!
涉及到类似的错误，最开始三板斧肯定是查看 JVM 的情况。很多中小型公司没有建立可视化的监控平台，比如Zabbix、Ganglia、Open-Falcon、Prometheus等等，没办法直接可视化看到JVM各个区域的内存变化，GC次数和GC耗时。
不过不用怕，咱们用 jstat 这种工具也可以。言归正传，排查了线上问题之后，发现竟然是服务器上面，JVM 这段时间疯狂 Full GC，一天搞了几十次，直接把系统卡死了！
排查现场
破案之前，我们先来要保护下案发现场并进行排查。
机器配置 | 2核 4G |
JVM堆内存大小 | 2G |
系统运行时间 | 1天 |
Full GC出现次数和单次耗时 | 48次，300ms左右 |
Young GC出现次数和单次耗时 | 4000多次，50ms |
这样看起来，系统的性能是相当差了，一分钟三次 Young GC，每半小时就一次 Full GC，接下来我们再看看 JVM 的参数。可能有的同学每次见到这么多参数都会头大，但其实每一个参数的背后都会透漏着蛛丝马迹。我这里摘取关键参数如下：
CMSInitiatingOccupancyFraction | 62 |
SurvivorRatio | 5 |
Xmx | 1536M |
Xmx | 1536M |
简单解读一下，根据参数可以看出来，这台 4G 的机器上为 JVM 的堆内存是设置了 1.5G 左右的大小。新生代和老年代默认会按照 1：2 的比例进行划分，分别对应 512M 和 1G。
一个重要的参数 XXiSurvivorRatio 设置为5，它所代表的是新生代中Eden：Survivor1 ：Survivor2的比例是 5:1:1。所以此时Eden区域大致为365M，每个Survivor区域大致为70MB。
还有一个非常关键的参数，那就是 CMSInitiatingOccupancyFraction 设置为了62。它意味着一旦老年代内存占用达到 62%，也就是存在 620MB 左右对象时，就会触发一次 Full GC。此时整个系统的内存模型图如下所示：
还原现场
根据对案发现场的排查，我们可以还原线上系统的 GC 运行情况了，分析一下线上的 JVM 到底出现了什么状况。
首先我们知道每分钟会发生 3 次 Young GC，说明系统运行 20 秒后就会把 Eden 区塞满，Eden 区一共有 356MB 的空间，因此平均下来系统每秒钟会产生 20MB 左右大小的对象。
接着我们根据每半小时触发一次 Full GC 的推断，以及 “-XX:CMSmitiatingOccupancyFraction=62” 参数的设置，老年代有 1G 的空间，所以应该是在老年代有 600多MB 左右的对象时就会触发一次 Full GC。
看到这里，有的同学可能立刻下结论，觉得肯定是因为 Survivor 区域太小了，导致 Young GC 后的存活对象太多放不下，就一直有对象流入老年代，进而导致后来触发的 Full GC ？
实际上分析到这里，绝对不能草率下这个判断。
因为老年代里为什么有那么多的对象？确实有可能是因为每次 Young GC后的存活对象较多，Survivor区域太小，放不下了。
但也有可能是长时间存活的对象太多了，都积累在老年代里，始终回收不掉，进而导致老年代很容易就达到 62% 的占比触发 Full GC，所以我们还要有更多的证据去验证我们的判断。
破案开始
老年代里到底为什么会有那么多的对象？
面对这个问题，说句实话，仅仅根据可视化监控和推论是绝对没法往下分析了，因为我们并不知逋老年代里到底为什么会有那么多的对象。这个时候就有必要让线上系统重新运行，借助 jstat 工具实时去观察 JVM 实际的运行情况。这个过程非常类似警察叔叔在破案时，会假设自己是凶手，尝试再现当时的场景。
这里省略具体的 jstat 工具操作过程，如果大家没有接触过百度下即可，非常简单。通过 jstat 的观察，我们当时可以看到，每次 Young GC 过后升入老年代里的对象其实很少。
看到这个现象，我起初也很奇怪。因为通过 jstat 的追踪观察，并不是每次Young GC 后都有 几十MB 对象进入老年代的，而是偶尔一次 Young GC 才会有 几十MB 对象进入老年代！
所以正常来说，既然没有对象从新生代过渡到老年代，那么老年代就不至于快速的到达 62% 的占有率，从而导致 Full GC。那么老年代触发 Full GC 时候的几百 MB 对象到底从哪里来的？
仔细一想，其实答案已经呼之欲出了，那就是大对象！
一定是系统运行的时候，每隔一段时间就会突然产生几百 MB 的大对象，由于新生代放不下，所以会直接进入老年代，而不会走 Eden 区域。然后再配合上年轻代还偶尔会有 Young GC 后几十 MB 对象进入老年代，所以不停地触发Full GC !
抓捕真凶
分析到这里，后面的过程就很简单了，我们可以通过 jmap 工具，dump 出内存快照，然后再用 jhat 或者 Visual VM 之类的可视化工具来分析就可以了。
通过内存快照的分析，直接定位出来那个几百MB的大对象，发现竟然是个Map之类的数据结构，这是什么鬼？
返回头去开始撸代码，发现是从数据库里查出来的数据存放在了这个Map里，没有好办法，再继续地毯式排查。
最后发现竟然是有条坑爹的 SQL 语句没加 where条件！！不知道是手滑还是忘了，测试的时候这个分支也没走到（画外音：这段代码的开发和测试都不是我
）
没有 where 条件，每次查询肯定会有超出预期的大量数据，导致了每隔一段时间就会搞出几个上百 MB 的大对象，这些对象全部直接进入老年代，然后触发 Full GC ！
善后处理
破案定位嫌疑人最困难，在知道凶手后，靠着满大街的摄像头，抓人就是分分钟的事情。所以我们排查到这里，这个案例如何解决已经非常简单了。
（1）解决代码中的 bug，把错误的 SQL 修复，一劳永逸彻底解决这几百 MB 大对象进入老年代的问题。
（2）以防万一，对堆内存空间进行扩容，然后再把-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 参数从 62 调高，使得老年代的使用率更高时才会触发 Full GC。
这两个步骤优化完毕之后，线上系统基本上表现就非常好了。
总结
本文通过一个线上系统卡死的现象，详细地定位并剖析了产生问题的原因。也证明了要成为一个优秀的程序员，不光对语言本身要有所了解，还要对 JVM 调优这样偏底层的知识有所涉猎，这对排查问题会有非常大的帮助。同时完善的监控非常重要，通过提前告警，可以将问题扼*在摇篮里！
