简述 G1 垃圾回收器和 OOM 问题的排查

最近又碰到的 oom 的问题，一直在尝试定位中，由于现实使用的 G1 的垃圾回收器。所以今天打算线上的排查历程和方案查询出来。

jvm 常用参数

-Xmx1024m 最大堆内存
-Xms1024m 最小堆内存
-Xss256k  设置栈的大小。栈都是每个线程独有一个，所有一般都是几百k的大小。
-XX:MetaspaceSize=128m  元空间的大小
-XX:MaxMetaspaceSize=256m  最大元空间大小
-XX:MaxGCPauseMillis=200 设置每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小，以满足此值
-XX:+UseG1GC 使用 G1 垃圾回收器
-XX:-OmitStackTraceInFastThrow 当一些异常在代码里某个特定位置被抛出很多次的话，HotSpot Server Compiler（C2）会用fast throw来优化这个抛出异常的地方。
-XX:MinHeapFreeRatio=30
-XX:MaxHeapFreeRatio=50
-XX:MaxDirectMemorySize=100M 直接内存大小
-XX:+PrintGCDetails 打印 GC 详细信息
-XX:+DisableExplicitGC 禁止显示GC

几个命令

在排查的过程中用到的下面几个命令

jmap
pmap 命令
perf 命令
内存 RSS、VSZ的区别

出现 OOM 的问题，一般情况下来说，都是堆上面内存分配的太多，且无法回收，导致 JVM 的内存溢出。

1. jps 查看 java 运行时的 pid
2. jmap -heap pid 看下堆上各个区的占用的内存大小

3. jmap -histo pid 可以查看对应的类型的大小，或者使用 dump 成一个文件进行分析

   在对堆上的类型对象进行分析的时候，发现堆上的内存大小和回收的基本正常，实际使用的内存是大于堆上的内存， 这个时候我就开始怀疑是堆外内存的泄露的问题。

4. 使用 pmap -x pid | sort -n -k3 指令，看下占用内存的地址空间和大小

5. 前面的工具如果再无法定位问题的话，就只能使用 perf 命令，基本就两条语句
6. perf record -g -p pid 开启监控栈函数调用。运行一段时间后 Ctrl+C 结束，会生成一个文件 perf.data。

7. 执行perf report -i perf.data查看报告。

   根据查看的内容，定位到 zip 的内容，但是内容还是不大，也 review zip 相关代码，进行本地测试，均为发生 OOM 的现象。

8. 前面的几个办法都无法定位问题，只能使用最笨的办法，打印直接内存的大小。具体的代码如下：

        public BufferPoolMXBean getDirectBufferPoolMBean(){
            return ManagementFactory.getPlatformMXBeans(BufferPoolMXBean.class)
                    .stream()
                    .filter(e -> e.getName().equals("direct"))
                    .findFirst()
                    .orElseThrow(null);
        }
   
        public JavaNioAccess.BufferPool getNioBufferPool(){
            return SharedSecrets.getJavaNioAccess().getDirectBufferPool();
        }
   
        /**
            * -XX:MaxDirectMemorySize=60M
            */
        @Test
        public void testGetMaxDirectMemory(){
            ByteBuffer.allocateDirect(25*1024*1024);
            System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024.0 / 1024.0);
            System.out.println(VM.maxDirectMemory() / 1024.0 / 1024.0);
            System.out.println(getDirectBufferPoolMBean().getTotalCapacity() / 1024.0 / 1024.0);
            System.out.println(getNioBufferPool().getTotalCapacity() / 1024.0 / 1024.0);
        }
   

G1 回收器的特点

G1 不同于其他的分代回收算法、G1将堆空间划分成了互相独立的区块。每块区域既有可能属于 Old 区、也有可能是 Y 区，且每类区域空间可以是不连续的（对比 CMS 的 O 区和 Y 区都必须是连续的）。

这种将O区划分成多块的理念源于：当并发后台线程寻找可回收的对象时、有些区块包含可回收的对象要比其他区块多很多。虽然在清理这些区块时G1仍然需要暂停应用线程、但可以用相对较少的时间优先回收包含垃圾最多区块。这也是为什么G1命名为Garbage First的原因：第一时间处理垃圾最多的区块。

所以在看到 Old 区发生了变化，但是没有发生 Full GC。这个就是 G1 的 mixed 垃圾回收回收的。

这是一篇水文，随便写写。

[参考资料]
【深入理解G1垃圾收集器】
【Java堆外内存排查小结】
【聊聊jvm的-XX:MaxDirectMemorySize】