Java程序是基于GC的,在启动初始,就申请了足量的内存池,再加上JIT等编译器的实时优化,速度并不比直接用C++语言写的慢.Java语言同时由于反射和可观测等特点,再加上JFR这种神器,在发生问题的时候比二进制文件更容易找到它的根源.

最近在看RCA（Root Cause Analysis）的东西,不小心发现了yCrash这么个东西.它的几段问题小代码写的非常典型,我们可以稍微看一下,来看看Java应用程序常见的几个崩溃场景.

1.堆空间溢出

OOM 一般是内存泄漏引起的,表现在 GC 日志里,一般情况下就是 GC 的时间变长了,而且每次回收的效果都非常一般.GC 后,堆内存的实际占用呈上升趋势.

下面的代码是死循环,持续向HashMap里塞数据,由于myMap属于GCRoots,始终得不到释放,所以它最终的结果就是OOM.

import java.util.HashMap;
public class OOMDemo {
    
   static HashMap<Object, Object> myMap = new HashMap<>();
   public static void start() throws Exception {
     
      while (true) {
    
         myMap.put("key" + counter, "Large stringgggggggggggggggggggggggggggg"
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + "ggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggg" 
               + counter);         
         ++counter;
      }
   }   
}

2.内存泄漏

内存泄漏和内存溢出是一个道理,不同的是它的语意.

内存溢出可能是由于请求量过高,或者真实的业务需求需要所造成的后果,而内存溢出属于未知的、超出期望的OOM情况.

我们可以使用上面同样的代码达到这个目的.

在现实情况中,内存泄漏通常都非常的隐蔽,需要借助Mat等工具才能找到根本原因.jmap、pmap等是常用的工具.

比如,如果你忘记了重写对象的hashCode和equals方法,就会产生内存泄漏.

//leak example : created by xjjdog 2022
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class HashMapLeakDemo {
    
    public static class Key {
    
        String title;
        public Key(String title) {
    
            this.title = title;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
    
        Map<Key, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put(new Key("1"), 1);
        map.put(new Key("2"), 2);
        map.put(new Key("3"), 2);
        Integer integer = map.get(new Key("2"));
        System.out.println(integer);
    }
}

3.CPU飙升

直接一个死循环,就可以把CPU干死.

public class CPUSpikeDemo {
    
  public static void start() {
    
    new CPUSpikerThread().start();
    new CPUSpikerThread().start();
    new CPUSpikerThread().start();
    new CPUSpikerThread().start();
    new CPUSpikerThread().start();
    new CPUSpikerThread().start();
    System.out.println("6 threads launched!");
  }
}
public class CPUSpikerThread extends Thread {
    
  @Override
  public void run() {
    
    while (true) {
    
      // Just looping infinitely
    }
  }
}

获取问题代码通常可以使用下面的方法.

（1）使用 top 命令,查找到使用 CPU 最多的某个进程,记录它的 pid.使用 Shift + P 快捷键可以按 CPU 的使用率进行排序.（2）再次使用 top 命令,加 -H 参数,查看某个进程中使用 CPU 最多的某个线程,记录线程的 ID.（3）使用 printf 函数,将十进制的 tid 转化成十六进制.（4）使用 jstack 命令,查看 Java 进程的线程栈.（5）使用 less 命令查看生成的文件,并查找刚才转化的十六进制 tid,找到发生问题的线程上下文.

4.线程泄漏

线程资源是昂贵的.如果你不停的创建线程,系统资源很快就会被耗尽.下面的代码一直不停的创建线程,如果同时请求压力比较大的话,多数能搞死宿主机.

public class ThreadLeakDemo {
    
   public static void start() {
    
      while (true) {
    
         new ForeverThread().start();
      }
   }
}
public class ForeverThread extends Thread {
    
   @Override
   public void run() {
    
      // Put the thread to sleep forever, so they don't die.
      while (true) {
    
         try {
    
            // Sleeping for 10 minutes repeatedly
            Thread.sleep(10 * 60 * 1000);
         } catch (Exception e) {
    }
      }
   }
}

这是暴力啊,这和每个请求创建一个线程,或者创建一个线程池的后果是一样的.xjjdog这里还有两篇关联的线程泄漏文章.

5.死锁

死锁代码一般不会发生,但一旦发生还是非常严重的,相关的业务可能就跑不动了.

public class DeadLockDemo {
    
   public static void start() {
    
      new ThreadA().start();
      new ThreadB().start();
   }
}

public class ThreadA extends Thread {
    
    @Override 
    public void run() {
    
        CoolObject.method1();
    }
}

public class ThreadB extends Thread {
    
    @Override 
     public void run() {
    
          HotObject.method2();
     } 
}

public class CoolObject {
    
    public static synchronized void method1() {
    
       try {
    
     // Sleep for 10 seconds
     Thread.sleep(10 * 1000);
          } catch (Exception e) {
    }
          HotObject.method2();
     }
}
      
public class HotObject {
    
   public static synchronized void method2() {
    
       try {
    
          // Sleep for 10 seconds
          Thread.sleep(10 * 1000);
       } catch (Exception e) {
    }
       CoolObject.method1();
   } 
}

死锁属于比较严重的一种情况,jstack 会以明显的信息进行提示.当然,关于线程的 dump,也有一些线上分析工具可以使用.比如fastthread,但也需要你先了解这些情况发生的意义.

6.栈溢出

栈溢出不会造成 JVM 进程死亡,危害“相对较小”.下面是一个简单的模拟栈溢出的代码,只需要递归调用就可以了.

public class StackOverflowDemo {
    
   public void start() {
    
      start();
   }
}

7.Blocked线程

BLOCKED是一个比较严重的线程状态,当后端的服务处理时间非常长,请求的线程就会进入等待状态.这时候通过jstack来获取堆栈,就会发现线程处于阻塞状态.它阻塞在对锁的获取上（wating to lock）

public class BlockedAppDemo {
    
   public static void start() {
    
      for (int counter = 0; counter < 10; ++counter) {
    
      // Launch 10 threads.
      new AppThread().start();
      }
   }
}
public class AppThread extends Thread {
    
   @Override
   public void run() {
    
      AppObject.getSomething();
   }
}
public class AppObject {
    
   public static synchronized void getSomething() {
    
      while (true) {
    
         try {
    
         Thread.sleep(10 * 60 * 1000);
  } catch (Exception e) {
    }
      }
  }
}

一旦频繁发生这种情况,就证明你的程序相应太慢了.如果CPU资源还有剩余,可以尝试着增加请求的线程数,比如tomcat的最大线程数.

End
以上就是对于Java常见故障的几段小代码分析,大部分的故障都逃不出这些场景.故障的排查通常都非常耗费精力,而且你得有线上权限.怎样做一些好用的工具,把这些复杂性屏蔽在后面,才是我们所想要的.

文章来源1,2,3