七段小代碼，玩轉Java程序常見的崩潰場景！
Java程序是基于GC的，在啟動初始，就申請了足量的內存池，再加上JIT等編譯器的實時優化，速度并不比直接用C++語言寫的慢。Java語言同時由于反射和可觀測等特點，再加上JFR這種神器，在發生問題的時候比二進制文件更容易找到它的根源。
最近在看RCA(Root Cause Analysis)的東西，不小心發現了yCrash這么個東西。它的幾段問題小代碼寫的非常典型，我們可以稍微看一下，來看看Java應用程序常見的幾個崩潰場景。
1. 堆空間溢出
OOM 一般是內存泄漏引起的，表現在 GC 日志里，一般情況下就是 GC 的時間變長了，而且每次回收的效果都非常一般。GC 后，堆內存的實際占用呈上升趨勢。
下面的代碼是死循環，持續向HashMap里塞數據，由于myMap屬于GCRoots，始終得不到釋放，所以它最終的結果就是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. 內存泄漏
內存泄漏和內存溢出是一個道理，不同的是它的語意。
內存溢出可能是由于請求量過高，或者真實的業務需求需要所造成的后果，而內存溢出屬于未知的、超出期望的OOM情況。
我們可以使用上面同樣的代碼達到這個目的。
在現實情況中，內存泄漏通常都非常的隱蔽，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，如果你忘記了重寫對象的hashCode和equals方法，就會產生內存泄漏。
//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飆升
直接一個死循環，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
}
}
}
獲取問題代碼通常可以使用下面的方法：
(1)使用 top 命令，查找到使用 CPU 最多的某個進程，記錄它的 pid。使用 Shift + P 快捷鍵可以按 CPU 的使用率進行排序。
(2)再次使用 top 命令，加 -H 參數，查看某個進程中使用 CPU 最多的某個線程，記錄線程的 ID。
(3)使用 printf 函數，將十進制的 tid 轉化成十六進制。
(4)使用 jstack 命令，查看 Java 進程的線程棧。
(5)使用較少 命令查看生成的文件，并查找剛才轉化的十六進制 tid，找到發生問題的線程上下文。
4. 線程泄漏
線程資源是昂貴的。如果你不停的創建線程，系統資源很快就會被耗盡。下面的代碼一直不停的創建線程，如果同時請求壓力比較大的話，多數能搞死宿主機。
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) {}
}
}
}
這是暴力啊，這和每個請求創建一個線程，或者創建一個線程池的后果是一樣的。
java.lang.OutOfMemory錯誤：無法創建新的本機線程
5. 死鎖
死鎖代碼一般不會發生，但一旦發生還是非常嚴重的，相關的業務可能就跑不動了。
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();
}
}
死鎖屬于比較嚴重的一種情況，jstack 會以明顯的信息進行提示。當然，關于線程的 dump，也有一些線上分析工具可以使用。比如fastthread，但也需要你先了解這些情況發生的意義。
6. 棧溢出
棧溢出不會造成 JVM 進程死亡，危害“相對較小”。下面是一個簡單的模擬棧溢出的代碼，只需要遞歸調用就可以了。
public class StackOverflowDemo {
public void start() {
start();
}
}
通過 -Xss 參數可以設置虛擬機棧的大小。比如下面的命令就是設置棧大小為 128K：
-Xss128K
如果你的應用經常發生這種情況，可以試著調大這個值。但一般都是因為程序錯誤引起的，最好檢查一下自己的代碼。
7. 被阻止的線程
BLOCKED是一個比較嚴重的線程狀態，當后端的服務處理時間非常長，請求的線程就會進入等待狀態。這時候通過jstack來獲取堆棧，就會發現線程處于阻塞狀態。它阻塞在對鎖的獲取上(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) {}
}
}
}
一旦頻繁發生這種情況，就證明你的程序相應太慢了。如果CPU資源還有剩余，可以嘗試著增加請求的線程數，比如tomcat的最大線程數。
結束
以上就是對于Java常見故障的幾段小代碼分析，大部分的故障都逃不出這些場景。故障的排查通常都非常耗費精力，而且你得有線上權限。怎樣做一些好用的工具，把這些復雜性屏蔽在后面，才是我們所想要的。
