043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

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动手实验:自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景体验一下!

1、Metaspace内存溢出原理回顾

首先,我们来回顾一下之前一直用的一张图片,大家看下图:

043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

在这张图片里,我们通过之前的讲解,可以清晰的看到JVM整体的运行原理,包括类加载,线程执行方法,虚拟机栈,堆内存创建对象,GC以及对象转移老年代,等等。而且在这个图里,我们也清晰标志出来了哪些环节可能会发生内存溢出。

因此在这里我们来回顾一下,Metaspace区域发生内存溢出的一个场景,说白了就是如果我们在程序里不停的动态生成类,就会导致不停的加载类到Metaspace区域里去,而且这些动态生成的类必须还得是不能被回收掉的。

接着一旦Metaspace区域满了,就会触发Full GC连带着回收Metaspace中的类,但是此时大量的类是不能被回收的。

因此即使触发过Full GC过后,Metaspace区域几乎还是不能放下任何一个类,此时必然会触发Metaspace区域的内存溢出,导致JVM也是崩溃掉,无法继续运行了。

2、到底什么是动态生成类?

可能有的人不太理解什么叫做动态生成类,其实很简单,我们平时正常情况下,类都是通过自己的双手一行一行代码写出来的,而且都是写的“.java”后缀的源代码文件,大家想想是不是这样?

所以很多人可能想当然的以为在JVM中的类都是我们双手写出来的,其实并不是这样子。

大家回忆一下,平时我们自己写出来的类大致长什么样子?是不是一般都包含一些静态变量、实例变量、静态方法、实例方法,里面还有一大堆的业务逻辑?大致其实类就是这么个东西。

所以既然你双手都能写出来这种普普通通的类,那么当然是有办法可以借助一些方法在系统运行的时候,通过程序动态的生成出更多的类了,这是没有问题的。

所以一旦我们程序中拼命的生成大量的类,而且这些类还不能被回收,那么必然会最终导致Metaspace区域被占满,进而导致Metaspace内存溢出了。

接着我们就来实际看看代码层面上,动态生成类到底是怎么做的吧!

3、一段CGLIB动态生成类的代码示例

相信大家平时无论用Eclipse还是用IntelliJ IDEA,应该都大部分人都是基于Maven来进行项目构建的,当然现在也有一些公司在用Gradle进行项目构建。

我们这里就以Maven来举例好了,如果要用CGLIB来动态生成一些类,那么必须在你项目的pom.xml中引入以下的一些依赖。

<dependency>
   <groupId>cglib</groupId>
   <artifactId>cglib</artifactId>
   <version>3.3.0</version>
</dependency>

接着我们就可以使用CGLIB来动态生成类了,大家看下面的代码:

043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

上面那段代码稍微有点复杂是不是?

没关系,给大家解释一下,这个所谓的动态生成类大概是个什么意思。

首先我们可以看到我们在这里定义了一个类,代表了一个汽车,他有一个run()方法,执行的时候就会启动汽车,开始让汽车行驶,大家看下面的这个代码片段:

043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

相信关于小汽车的这个类的定义,大家都是没有问题的。那么我们接着来看下面的代码片段,我们通过CGLIB的Enhancer类生成了一个Car类的子类

注意,从这里开始,就是开始动态生成类了,大家要仔细看,看下面的代码片段:

043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

你权且当做Enhancer是用来生成类的一个API吧,看到片段里我们给Enhancer设置了一个SuperClass没有?这里的意思就是说Enhancer生成的类是Car类的子类,Car类是生成类的父类。至于那个UseCache是什么意思,就先别管了。

既然Enhancer动态生成的类是Car的子类,那么是不是Car有的方法子类都有?所以子类是不是也有Car的run()方法?

答案是肯定的,但我们现在想要在调用子类的run()方法的时候做点手脚,如下面代码片段:

043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

这个片段的意思是:如果你调用子类对象的run()方法,会先被这里的MethodInterceptor拦截一下,拦截之后,各位看里面的代码,是不是判断了一下,如果你调用的Method是run方法,那么就先对汽车做一下安全检查。

安全检查做完之后,再通过“methodProxy.invokeSuper(o, objects);”调用父类Car的run()方法,去启动汽车,这行代码就会执行到Car类的run()方法里去了。

到此为止,我们就已经通过CGLIB的Enhancer生成了一个Car类的子类了,而且定义好了对这个子类调用继承自父类的run()方法的时候,先干点别的,再调用父类的run()方法。

这么一搞,是不是跟下面这种在IDE里手写一个Car的子类是类似的?

看看下面的手写版本的代码:

043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

看看上面那个SafeCar作为Car的子类,是不是干了一样的事?

但是这个类需要你用双手提前写出来代码,而CGLIB Enhancer那种模式可以在系统运行期间动态的创建一个Car的子类出来,实现一样的效果

看到这里,各位应该理解这个动态创建类了!

4、限制Metaspace大小看看内存溢出效果

接着我们可以设置一下这个程序的JVM参数,限制他的Metaspace区域比较小一点,如下所示,我们把这个程序的JVM中的Metaspace区域设置为仅仅10m:

-XX:MetaspaceSize=10m 
-XX:MaxMetaspaceSize=10m

接着我们可以在上述代码中做点手脚,大家看到上面的代码是有一个while循环的,所以他会不停的创建Car类的子类

我们在里面可以加入一个计数器,就是看看当前创建了多少个Car的子类了,如下所示:

043-自己模拟出JVM Metaspace内存溢出的场景

在while循环外面加一个计数器,然后打印出当前创建了多少个类了。

接着大家用上述JVM参数来运行这个程序即可,可以看到如下所示的打印输出:

目前创建了263个Car类的子类了

Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Unable to load cache item
at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache.createEntry(LoadingCache.java:79)
at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache.get(LoadingCache.java:34)
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData.get(AbstractClassGenerator.java:119)
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:294)
at net.sf.cglib.reflect.FastClass$Generator.create(FastClass.java:65)
at net.sf.cglib.proxy.MethodProxy.helper(MethodProxy.java:121)
at net.sf.cglib.proxy.MethodProxy.init(MethodProxy.java:75)
at net.sf.cglib.proxy.MethodProxy.invokeSuper(MethodProxy.java:226)
at com.limao.demo.jvm.Demo1$1.intercept(Demo1.java:22)
at com.limao.demo.jvm.Demo1$Car$$EnhancerByCGLIB$$7e5aa3a5_264.run()
at com.limao.demo.jvm.Demo1.main(Demo1.java:30)
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
at java.lang.Class.forName0(Native Method)
at java.lang.Class.forName(Class.java:348)
at net.sf.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:467)
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:339)
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData$3.apply(AbstractClassGenerator.java:96)
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData$3.apply(AbstractClassGenerator.java:94)
at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache$2.call(LoadingCache.java:54)
at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache.createEntry(LoadingCache.java:61)
… 10 more

大家注意一下上述异常日志的两个地方,一个是在创建了263个类之后,10M的Metaspace区域就被耗尽了,接着就会看到异常中有如下的一个:

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace。

这个OutOfMemoryError就是经典的内存溢出的问题,而且他明确告诉你,是Metaspace这块区域内存溢出了。

而且大家可以看到,一旦内存溢出,本来在运行的JVM进程直接会崩溃掉,你的程序会退出,这就是真实的内存溢出的日志。

5、本文总结

本文带着大家用一段CGLIB动态生成类的代码演示了一下Metaspace区域内存溢出的场景,相信大家自己动手做一下实验,就可以切实感受到这个内存溢出的效果了。


正文完
 
yangleduo
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