Walking dead objects, or GC is always right (jug.msk 2019)

Автоматическое управление памятью — одна из основных особенностей Java и других managed языков. При этом в спецификации про GC написано очень мало: как именно собирать мусор каждой конкретной реализации JVM, предлагается решать самостоятельно. В результате для сборки мусора существует огромное количество стратегий и степеней свободы. Например, когда именно GC должен приходить за мертвым объектом? Ответ не так очевиден, а любое решение может повлиять на ход исполнения пользовательской программы.

В докладе обсудим, зачем коллектору оставлять мертвые объекты в памяти, как это сказывается на вашем приложении и как выжить во время нашествия ходячих объектов-мертвецов.

----

Это расширенная версия доклада, в которой добавлена новая история, посвященная "ручному управлению памятью" в JVM.

1. Иван Углянский Excelsior LLC Ходячие объекты-мертвецы или GC всегда прав

2. JVM инженер, Excelsior ◦ разрабатываю рантайм 2 Иван Углянский ivan.ugliansky@gmail.com @dbg_nsk JUGNsk co-lead
3. 3 Автоматическое управление памятью (Сборка мусора)
4. 4 Сборка мусора
5. 5 А что в спеке? The Java Virtual Machine Specification, (§2.5.3): Heap storage for objects is reclaimed by an automatic storage management system (known as a garbage collector); objects are never explicitly deallocated. The Java Virtual Machine assumes no particular type of automatic storage management system, and the storage management technique may be chosen according to the implementor's system requirements.
6. 6 Сборка мусора Ожидание: ◦ JVM собирает мусор, как хочет (в рамках корректности)
7. 7 Сборка мусора Ожидание: ◦ JVM собирает мусор, как хочет (в рамках корректности) ◦ Разработчик не задумывается об управлении памятью
8. 8 Сборка мусора Реальность: java.lang.NullPointerException at java.util.ResourceBundle$Control.newBundle(ResourceBundle.java:2640) at java.util.ResourceBundle.loadBundle(ResourceBundle.java:1501) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1465) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1419) at java.util.ResourceBundle.getBundleImpl(ResourceBundle.java:1361) ... 3 more
9. 9 Сборка мусора Реальность: java.lang.NullPointerException at java.util.ResourceBundle$Control.newBundle(ResourceBundle.java:2640) at java.util.ResourceBundle.loadBundle(ResourceBundle.java:1501) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1465) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1419) at java.util.ResourceBundle.getBundleImpl(ResourceBundle.java:1361) ... 3 more Exception in thread "1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at StressTimer$Task.run(StressTimer.java:10) at java.util.TimerThread.mainLoop(Unknown Source) at java.util.TimerThread.run(Unknown Source) Exception in thread "2" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at StressTimer$Task.run(StressTimer.java:10) at java.util.TimerThread.mainLoop(Unknown Source) ...
10. 10 Сборка мусора Реальность: java.lang.NullPointerException at java.util.ResourceBundle$Control.newBundle(ResourceBundle.java:2640) at java.util.ResourceBundle.loadBundle(ResourceBundle.java:1501) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1465) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1419) at java.util.ResourceBundle.getBundleImpl(ResourceBundle.java:1361) ... 3 more Exception in thread "1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at StressTimer$Task.run(StressTimer.java:10) at java.util.TimerThread.mainLoop(Unknown Source) at java.util.TimerThread.run(Unknown Source) Exception in thread "2" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at StressTimer$Task.run(StressTimer.java:10) at java.util.TimerThread.mainLoop(Unknown Source) ... Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: INFO: os::commit_memory(0x00000000e0000000, 257949696, 0) failed; error='Not enough space' (errno=12) # # There is insufficient memory for the Java Runtime Environment to continue. # Native memory allocation (mmap) failed to map 257949696 bytes for committing reserved memory. # An error report file with more information is saved as:
11. 11 Когда конкретно GC придет за объектом?
12. 12 В этом докладе ◦ Про политики GC относительно времени жизни объектов на примерах ◦ Как это влияет на исполнение? ◦ Как не получить OOM это учитывать в коде?
13. 13 Разминка
14. 14 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb
15. 15 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb
16. 16 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb
17. 17 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb java -Xmx768m Test
18. 18 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb java -Xmx768m Test arr1 ([I@4aa8f0b4) allocated Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: ...
19. 19 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb java -Xcomp -Xmx768m Test
20. 20 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb java -Xcomp -Xmx768m Test arr1 ([I@4aa8f0b4) allocated arr2 ([I@9e89d68) allocated
21. 21 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb java -Xcomp -Xmx768m Test arr1 ([I@4aa8f0b4) allocated arr2 ([I@9e89d68) allocated
22. 22 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } Имеем право собирать первый массив?
23. public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 23 Разминка Область видимости переменной arr1
24. public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 24 Разминка Область видимости переменной arr1 Область жизни переменной arr1
25. public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 25 Разминка Здесь GC имеет право собрать первый массив
26. 26 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb java -Xmx768m Test arr1 ([I@4aa8f0b4) allocated Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: ...
27. public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 27 Разминка Интерпретатор не вычисляет время жизни!
28. 28 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } Интерпретатор не вычисляет время жизни! (предполагает худший случай)
29. 29 История #1. Объекты-призраки
30. 30 История #1. Объекты-призраки Слабые ссылки:
31. 31 История #1. Объекты-призраки Слабые ссылки: 1. java.lang.ref.* 2. Не останавливают GC от сборки референта
32. 32 История #1. Объекты-призраки Слабые ссылки: 1. java.lang.ref.* 2. Не останавливают GC от сборки референта 3. «Протухают»
33. 33 История #1. Объекты-призраки Слабые ссылки: 1. java.lang.ref.* 2. Не останавливают GC от сборки референта 3. «Протухают»
34. 34 Пример public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); }
35. 35 Пример public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); }
36. 36 Пример public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); }
37. 37 Пример public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); } java Test 1252585652
38. 38 Пример public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); } java Test 1252585652 java -Xcomp Test Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
39. 39 Пример java Test 1252585652 java -Xcomp Test Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); }
40. Но ведь это искусственный пример? 40 Объекты-призраки
41. Но ведь это искусственный пример? 41 Объекты-призраки java.lang.NullPointerException at java.util.ResourceBundle$Control.newBundle(ResourceBundle.java:2640) at java.util.ResourceBundle.loadBundle(ResourceBundle.java:1501) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1465) at java.util.ResourceBundle.findBundle(ResourceBundle.java:1419) at java.util.ResourceBundle.getBundleImpl(ResourceBundle.java:1361) ... 3 more
42. 42 Реальный пример private static ResourceBundle getBundleImpl(..., ClassLoader loader, ...) { ... CacheKey cacheKey = new CacheKey(baseName, locale, loader); ... // обращение к loader через cacheKey ... return bundle; }
43. 43 Реальный пример private static ResourceBundle getBundleImpl(..., ClassLoader loader, ...) { ... CacheKey cacheKey = new CacheKey(baseName, locale, loader); ... // обращение к loader через cacheKey ... return bundle; } Слабая ссылка Последнее использование
44. 44 Реальный пример ◦ JDK 1.8.0_212 ◦ java.util.ResourceBundle.getBundle(...) ◦ Для проявления: -Xcomp + итерации ◦ JDK-8209184
45. 45 Что с этим делать?
46. 46 Что с этим делать? ◦ Перед использованием проверять, что ссылка не протухла
47. 47 Что с этим делать? ◦ Перед использованием проверять, что ссылка не протухла ◦ Продлить жизнь объекта!
48. 48 Что с этим делать? public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); }
49. 49 Что с этим делать? public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); // use obj ??? }
50. 50 Что с этим делать? public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); // use obj ??? } Но какое именно использование добавить?
51. 51 Что с этим делать? public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); // use obj ??? } Но какое именно использование добавить? Как убедить компилятор его не выкидывать?
52. 52 Использование ◦ Передать в метод ◦ Записать в поле
53. 53 Использование ◦ Передать в метод ◦ Записать в поле ◦ Reference.reachabilityFence(obj) Since Java 9
54. 54 Лечение public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); // use obj ??? }
55. 55 Лечение public static void main(String[] args) { Object obj = new Object(); WeakReference ref = new WeakReference<>(obj); System.gc(); System.out.println(ref.get().hashCode()); Reference.reachabilityFence(obj); }
56. 56 Лечение private static ResourceBundle getBundleImpl(...) { ... CacheKey cacheKey = new CacheKey(baseName, locale, module, callerModule); ... // keep callerModule and module reachable for as long // as we are operating with WeakReference(s) to them // (in CacheKey) ... Reference.reachabilityFence(callerModule); Reference.reachabilityFence(module); return bundle; }
57. Подумаешь, один пример! 57 Объекты-призраки
58. 58 Объекты-призраки JDK-8212178
59. 59 Объекты-призраки public static BufferAllocator getBufferAllocator() { SoftReference<BufferAllocator> bAllocatorRef = tlba.get(); if (bAllocatorRef == null || bAllocatorRef.get() == null) { bAllocatorRef = new SoftReference(new BufferAllocator()); tlba.set(bAllocatorRef); } return bAllocatorRef.get(); } com.sun.xml.internal.stream.util.ThreadLocalBufferAllocator:
60. 60 Объекты-призраки public static BufferAllocator getBufferAllocator() { SoftReference<BufferAllocator> bAllocatorRef = tlba.get(); if (bAllocatorRef == null || bAllocatorRef.get() == null) { bAllocatorRef = new SoftReference(new BufferAllocator()); tlba.set(bAllocatorRef); } return bAllocatorRef.get(); } com.sun.xml.internal.stream.util.ThreadLocalBufferAllocator:
61. 61 Выводы ◦ GC имеет право собрать объект после последнего использования ◦ Компилятор может выкидывать использования при оптимизации ◦ Reference.reachabilityFence для продления жизни объекта
62. 62 Ходячие объекты-мертвецы
63. 63 Ходячие объекты-мертвецы Обратная проблема: объекты мертвы, но GC за ними приходить не торопится.
64. 64 Ходячие объекты-мертвецы
65. 65 Ходячие объекты-мертвецы Memory Drag - память, которую GC «протаскивает» до следующей* сборки (характеристика алгоритма GC)
66. 66 Ходячие объекты-мертвецы Большой Memory Drag ⇒
67. 67 Ходячие объекты-мертвецы Большой Memory Drag ⇒ Много зомби-объектов ⇒
68. 68 Ходячие объекты-мертвецы Большой Memory Drag ⇒ Много зомби-объектов ⇒ Результат: ◦ Неожиданные OOM ◦ Проблемы с java.lang.ref
69. 69 История #2. F-reachables
70. 70 История #2. F-reachables Object.finalize() JavaDoc in JDK 9+: The finalization mechanism is inherently problematic.
71. 71 История #2. F-reachables Object.finalize() JavaDoc in JDK 9+: The finalization mechanism is inherently problematic. Finalization can lead to performance issues, deadlocks, and hangs.
72. 72 История #2. F-reachables Object.finalize() JavaDoc in JDK 9+: The finalization mechanism is inherently problematic. Finalization can lead to performance issues, deadlocks, and hangs. Errors in finalizers can lead to resource leaks; there is no way to cancel finalization if it is no longer necessary; and no ordering is specified among calls to finalize methods of different objects. Furthermore, there are no guarantees regarding the timing of finalization.
73. 73 История #2. F-reachables Object.finalize() JavaDoc in JDK 9+: The finalization mechanism is inherently problematic. Finalization can lead to performance issues, deadlocks, and hangs. Errors in finalizers can lead to resource leaks; there is no way to cancel finalization if it is no longer necessary; and no ordering is specified among calls to finalize methods of different objects. Furthermore, there are no guarantees regarding the timing of finalization.
74. 74 История #2. F-reachables ➢ JDK 8 ㄧ 89 реализаций finalize()
75. 75 История #2. F-reachables ➢ JDK 8 ㄧ 89 реализаций finalize() ➢ JDK 9 ㄧ 87 реализаций (Object.finalize() is deprecated since 9)
76. 76 История #2. F-reachables ➢ JDK 8 ㄧ 89 реализаций finalize() ➢ JDK 9 ㄧ 87 реализаций (Object.finalize() is deprecated since 9) ➢ JDK 11 ㄧ 84 реализации
77. 77 История #2. F-reachables Объекты с нетривиальным finalize(): ◦ живут дольше
78. 78 История #2. F-reachables Java Threads Finalizer Thread
79. 79 История #2. F-reachables Java Threads Finalizer Thread STW GC Threads
80. 80 История #2. F-reachables Java Threads Finalizer Thread STW GC Threads finalize() выполнить не получится
81. 81 История #2. F-reachables Объекты с нетривиальным finalize(): ◦ живут дольше: для STW как минимум (!) на один цикл GC
82. 82 История #2. F-reachables class Foo { Object ref; Foo(Object r) { ref = r; } void finalize() { ref.call(); } }
83. class Foo { Object ref; Foo(Object r) { ref = r; } void finalize() { ref.call(); } } 83 История #2. F-reachables ref используется из finalize, значит он тоже выживет Foo ref
84. 84 История #2. F-reachables ref используется из finalize, значит он тоже выживет как и все достижимое из ref Foo ref class Foo { Object ref; Foo(Object r) { ref = r; } void finalize() { ref.call(); } }
85. Объекты с нетривиальным finalize(): ◦ живут дольше: для STW как минимум (!) на один цикл GC ◦ дополнительно удерживают все достижимые из них объекты (f-reachables) 85 История #2. F-reachables
86. Как обнаружить проблему с F-reachables? 86 Developer vs F-reachables
87. Как обнаружить проблему с F-reachables? 87 Developer vs F-reachables jmap -finalizerinfo <PID>
88. Как обнаружить проблему с F-reachables? 88 Developer vs F-reachables jmap -finalizerinfo <PID> Unreachable instances waiting for finalization #instances class name ----------------------- 147532 StressTimer$FinalizeBallast 222 java.util.Timer$1 221 StressTimer$Task
89. Как Вы можете бороться с F-reachables? 89 Developer vs F-reachables
90. 90 Developer vs F-reachables Foo ref1 ref2 ref3 resource1 resource2 resource3 finalize() Как Вы можете бороться с F-reachables?
91. 91 Developer vs F-reachables Foo ref1 ref2 ref3 resource1 resource2 resource3 State state finalize() Как Вы можете бороться с F-reachables?
92. Как Вы можете бороться с F-reachables? 92 Developer vs F-reachables
93. Если не finalize(), то кто? 93 Developer vs F-reachables
94. Если не finalize(), то кто? 94 Developer vs F-reachables java.lang.ref.Cleaner (ранее sun.misc.Cleaner)
95. 95 Developer vs F-reachables Foo ref1 ref2 ref3 resource1 resource2 resource3 State state static class State implements Runnable { ... } static final Cleaner cleaner = Cleaner.create(); ... var foo = new Foo(); cleaner.register(foo, foo.getState()); finalize()
96. 96 Developer vs F-reachables Поможет с Memory Drag только в Java 9+! JDK-8071507 Если не finalize(), то кто? java.lang.ref.Cleaner (ранее sun.misc.Cleaner)
97. 97 Выводы ◦ finalize() увеличивает Memory Drag ◦ JVM могут облегчить симптомы (но делают это редко) ◦ java.lang.ref.Cleaner since Java 9
98. 98 История #3. Непотизм GC Непотизм (кумовство) — вид фаворитизма, предоставляющий привилегии родственникам или друзьям независимо от их профессиональных качеств.
99. 99 Пример public class DummyList<E> { private Node<E> first; private Node<E> last; private class Node<E> { E value; Node<E> next; public Node(E value, Node<E> next) { ... } } }
100. 100 Пример public void addLast(Node n) { final var l = last; last = n; if (l == null) { first = n; } else { l.next = n; } }
101. 101 Пример public void removeFirst() { if (first != null) { var next = first.next; first = next; if (next == null) { last = null; } } } public void addLast(Node n) { final var l = last; last = n; if (l == null) { first = n; } else { l.next = n; } }
102. public void addLast(Node n) { final var l = last; last = n; if (l == null) { first = n; } else { l.next = n; } } 102 Пример public void removeFirst() { if (first != null) { var next = first.next; first = next; if (next == null) { last = null; } } }
103. 103 История #3. Непотизм Сборка мусора по поколениям: ◦ Молодое/старое поколения ◦ Minor/Major GC
104. 104 История #3. Непотизм Сборка мусора по поколениям: ◦ Молодое/старое поколения ◦ Minor/Major GC ◦ Все достижимое из старого поколения должно переживать Minor GC
105. 105 История #3. Непотизм Young Generation Old Generation
106. 106 История #3. Непотизм new DummyList() DummyList first last Young Generation Old Generation
107. 107 История #3. Непотизм DummyList first last Young Generation Old Generation
108. 108 История #3. Непотизм DummyList first last Young Generation Old Generation
109. 109 История #3. Непотизм DummyList first last DummyList.addLast(...) Young Generation Old Generation
110. 110 История #3. Непотизм DummyList first last DummyList.addLast(...) Young Generation Old Generation
111. 111 История #3. Непотизм DummyList first last DummyList.addLast(...) Young Generation Old Generation
112. 112 История #3. Непотизм DummyList first last Young Generation Old Generation
113. 113 История #3. Непотизм DummyList first last Young Generation Old Generation
114. 114 История #3. Непотизм DummyList first last DummyList.removeFirst(...) Young Generation Old Generation
115. 115 История #3. Непотизм DummyList first last DummyList.removeFirst(...) Young Generation Old Generation
116. 116 История #3. Непотизм DummyList first last Young Generation Old Generation
117. 117 История #3. Непотизм DummyList first last Young Generation Old Generation
118. 118 История #3. Непотизм Сборка мусора по поколениям сознательно увеличивает Memory Drag.
119. 119 История #3. Непотизм Сборка мусора по поколениям сознательно увеличивает Memory Drag. Старое поколение - источник ходячих мертвецов
120. 120 История #3. Непотизм Но ведь это искусственный пример?
121. 121 История #3. Непотизм Но ведь это искусственный пример? Tony Printezis о борьбе с непотизмом LinkedHashMap в TwitterJDK: https://youtu.be/M9o1LVfGp2A?t=1391
122. 122 Как обнаружить непотизм?
123. 123 Как обнаружить непотизм? По косвенным признакам: 1. Частые и долгие Full GC (проверить по -XX:+PrintGCDetails) 2. Много подозрительных живых объектов (смотреть jmap -dump <PID>)
124. 124 Что делать?
125. 125 Что делать? ◦ Ждать Full GC
126. 126 Что делать? ◦ Ждать Full GC ◦ Занулять ссылки из объектов при удалении
127. 127 /** * Unlinks non-null first node f. */ private E unlinkFirst(Node<E> f) { final E element = f.item; final Node<E> next = f.next; f.item = null; f.next = null; // help GC ... } java.util.LinkedList: Что делать?
128. /** * Unlinks non-null first node f. */ private E unlinkFirst(Node<E> f) { final E element = f.item; final Node<E> next = f.next; f.item = null; f.next = null; // help GC ... } 128 java.util.LinkedList: Что делать?
129. 129 Что делать? void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink LinkedHashMap.Entry<K,V> p = (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e; b = p.before, a = p.after; p.before = p.after = null; ... } java.util.LinkedHashMap:
130. 130 Что делать? ◦ Ждать Full GC ◦ Занулять ссылки из объектов при удалении
131. 131 Что делать? ◦ Ждать Full GC ◦ Занулять ссылки из объектов при удалении ◦ Увеличить размер молодого поколения -Xmn -XX:NewRatio -XX:NewSize
132. 132 Ходячие объекты-мертвецы А может ли GC вообще не прийти за мертвым объектом?
133. 133 Ходячие объекты-мертвецы
134. 134 История #4. Консерватизм
135. 135 Точный GC public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); }
136. 136 Точный GC public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } Как GC понимает, какие локалы живы?
137. 137 Точный GC stack sp+30h sp+0h registers rax rcx ... rdx r14
138. 138 Точный GC stack sp+30h sp+0h registers rax rcx ... rdx r14
139. 139 Точный GC stack sp+30h sp+0h registers rax rcx ... rdx r14
140. 140 Точный GC stack sp+30h sp+0h registers rax rcx ... rdx r14
141. 141 Точный GC ➢ Поддержка от компилятора
142. 142 Точный GC ➢ Поддержка от компилятора ➢ Генерация карт стека и регистров
143. 143 Точный GC ➢ Поддержка от компилятора ➢ Генерация карт стека и регистров ➢ Карты только в safe-points!
144. 144 Консервативный GC А нельзя ли без поддержки от компилятора?
145. 145 Консервативный GC ➢ Предполагаем худшее: каждое значение может быть указателем ➢ Отсеиваем лишнее в рантайме
146. 146 Консервативный GC stack sp+30h sp+0h registers rax rcx ... rdx r14
147. 147 Консервативный GC stack sp+30h sp+0h registers rax rcx ... rdx r14
148. 148 Консервативный GC stack sp+30h sp+0h registers rax rcx ... rdx r14
149. 149 Консервативный GC ➢ Предполагаем худшее: каждое значение может быть указателем ➢ Отсеиваем лишнее в рантайме ➢ Иногда ошибаемся ⇒ увеличиваем Memory Drag на величину ошибки
150. 150 Консервативный GC Зачем такое нужно?
151. 151 Консервативный GC Зачем такое нужно? ➢ Нет карт ⇒ они не занимают место ➢ Нет карт ⇒ нет затрат на генерацию
152. 152 Консервативный GC Зачем такое нужно? ➢ Нет карт ⇒ они не занимают место ➢ Нет карт ⇒ нет затрат на генерацию ➢ Нет карт ⇒ можно выкинуть safe-points
153. 153 Safe-points 1 - 2 машинные инструкции Обратные дуги циклов и эпилоги
154. 154 Safe-points 1 - 2 машинные инструкции Обратные дуги циклов и эпилоги Ухудшают производительность ⇒ Агрессивно оптимизируются
155. 155 Мир без safe-points
156. 156 Мир без safe-points Производительность растет Размер кода уменьшается
157. 157 Мир без safe-points Производительность растет Размер кода уменьшается Многое работает через safe-points, поэтому потребует переработки
158. 158 Консервативный GC А так вообще делают?
159. 159 Консервативный GC А так вообще делают? Теория: Boehm GC, 1988, conservative Immix, 2008, mostly-precise
160. 160 Консервативный GC А так вообще делают? Теория: Boehm GC, 1988, conservative Immix, 2008, mostly-precise Практика:
161. 161 Консервативный GC А так вообще делают? Теория: Boehm GC, 1988, conservative Immix, 2008, mostly-precise Практика: MobiVM
162. 162 Консервативный GC А так вообще делают? Теория: Boehm GC, 1988, conservative Immix, 2008, mostly-precise Практика: MobiVM scala-native
163. 163 Консервативный GC А так вообще делают? Теория: Boehm GC, 1988, conservative Immix, 2008, mostly-precise Практика: MobiVM scala-native Excelsior JET Generation 1 (с 1999 по 2015)
164. 164 Неограниченный Memory Drag Консервативная ошибка: ◦ обычно продлевает жизнь объекта на один или несколько циклов GC (пока ложный корень на стеке)
165. 165 Неограниченный Memory Drag Консервативная ошибка: ◦ обычно продлевает жизнь объекта на один или несколько циклов GC (пока ложный корень на стеке) ◦ иногда продлевает навсегда
166. 166 Неограниченный Memory Drag public class Executor extends Thread { public abstract class Task implements Runnable { } final TaskQueue queue = new TaskQueue(); . . . }
167. 167 Неограниченный Memory Drag public void mainLoop() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { queue.wait(); } Task t = queue.get(); t.run(); } } }
168. public void mainLoop() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { queue.wait(); } Task t = queue.get(); t.run(); } } } 168 Неограниченный Memory Drag stack sp+20h addr t
169. public void mainLoop() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { queue.wait(); } Task t = queue.get(); t.run(); } } } 169 Неограниченный Memory Drag stack addr t sp+20h
170. public void mainLoop() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { queue.wait(); } Task t = queue.get(); t.run(); } } } 170 Неограниченный Memory Drag stack addr t sp+20h
171. public void mainLoop() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { queue.wait(); } Task t = queue.get(); t.run(); } } } 171 Неограниченный Memory Drag stack addr t sp+20h
172. 172 Неограниченный Memory Drag Может это искусственный пример?
173. 173 Неограниченный Memory Drag Может это искусственный пример? Нет, это класс java.util.Timer из JDK И там все еще хуже
174. public void mainLoop() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { queue.wait(); } Task t = queue.get(); t.run(); } } } 174 Неограниченный Memory Drag stack addr t sp+20h
175. public void mainLoop() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { queue.wait(); } Task t = queue.get(); t.run(); } } } 175 Неограниченный Memory Drag stack addr t sp+20h threadReaper
176. 176 Неограниченный Memory Drag Как Вы можете бороться с консервой?
177. 177 Неограниченный Memory Drag Как Вы можете бороться с консервой?
178. 178 Неограниченный Memory Drag Как Вы можете бороться с консервой?
179. 179 Неограниченный Memory Drag java.util.Timer javadoc: After the last live reference to a Timer object goes away and all outstanding tasks have completed execution, the timer's task execution thread terminates gracefully (and becomes subject to garbage collection). However, this can take arbitrarily long to occur. By default, the task execution thread does not run as a daemon thread, so it is capable of keeping an application from terminating. If a caller wants to terminate a timer's task execution thread rapidly, the caller should invoke the timer's cancel method.
180. 180 Выводы Консервативный GC - большая сила, но и большая ответственность
181. 181 Выводы Консервативный GC - большая сила, но и большая ответственность Консерва не только в GC (смотри первый пример)
182. 182 Разминка public static void main(String[] args) { final int size = 512*1024*1024 / Integer.BYTES; int[] arr1 = new int[size]; System.out.println("arr1 (" + arr1 + ") allocated"); System.gc(); int[] arr2 = new int[size]; System.out.println("arr2 (" + arr2 + ") allocated"); } 512mb 512mb java -Xmx768m Test arr1 ([I@4aa8f0b4) allocated Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: ...
183. 183 История #5. MMM
184. 184 История #5. Manual Memory Management Oh no
185. 185 Внезапный развал: История #5. Manual Memory Management Oh no
186. 186 История #5. Manual Memory Management Oh no Внезапный развал: ◦ проявляется иногда (чаще всего при закрытии)
187. 187 Oh no Внезапный развал: ◦ проявляется иногда (чаще всего при закрытии) ◦ судя по логу, в ntdll.dll История #5. Manual Memory Management
188. 188 Oh no Внезапный развал: ◦ проявляется иногда (чаще всего при закрытии) ◦ судя по логу, в ntdll.dll ◦ проявляется только на одной JVM История #5. Manual Memory Management
189. 189 История #5. Manual Memory Management Отладка показала: ◦ Проблема в вызове GlobalFree
190. 190 История #5. Manual Memory Management Отладка показала: ◦ Проблема в вызове GlobalFree ◦ Вызывается для плохой памяти
191. 191 История #5. Manual Memory Management Отладка показала: ◦ Проблема в вызове GlobalFree ◦ Вызывается для плохой памяти ◦ Зовем ее не мы (а кто?)
192. 192 История #5. Manual Memory Management Библиотека proxy-vole Очень хочет позвать системный метод WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl
193. 193 История #5. Manual Memory Management Библиотека proxy-vole Очень хочет позвать системный метод WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl Но как, мы ведь в Java?
194. 194 История #5. Manual Memory Management Библиотека proxy-vole Очень хочет позвать системный метод WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl Но как, мы ведь в Java? JNI/JNA
195. 195 История #5. Manual Memory Management WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl:
196. 196 История #5. Manual Memory Management WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl: 1. Аргумент - указатель на LPWSTR 2. Если не удалось ⇒ записываем NULL 3. Если удалось ⇒ записываем значение, от которого потом нужно позвать GlobalFree
197. 197 История #5. Manual Memory Management WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl В Java версии создается аналог LPWSTR*: LPWSTRByReference
198. 198 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory
199. 199 История #5. Manual Memory Management WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl В Java версии создается аналог LPWSTR*: LPWSTRByReference Где позвать GlobalFree?
200. 200 История #5. Manual Memory Management WinHttpDetectAutoProxyConfigUrl В Java версии создается аналог LPWSTR*: LPWSTRByReference Где позвать GlobalFree? Конечно в finalize!
201. 201 История #5. Manual Memory Management protected void finalize() throws Throwable { try { // Free the memory occupied // by the string returned from the Win32 function. Pointer strPointer = getPointerToString(); if (strPointer != null) { Pointer result = Kernel32.INSTANCE.GlobalFree(strPointer); ... } } finally { // This will free the memory of the pointer-to-pointer super.finalize(); } }
202. 202 История #5. Manual Memory Management protected void finalize() throws Throwable { try { // Free the memory occupied // by the string returned from the Win32 function. Pointer strPointer = getPointerToString(); if (strPointer != null) { Pointer result = Kernel32.INSTANCE.GlobalFree(strPointer); ... } } finally { // This will free the memory of the pointer-to-pointer super.finalize(); } }
203. 203 История #5. Manual Memory Management protected void finalize() throws Throwable { try { // Free the memory occupied // by the string returned from the Win32 function. Pointer strPointer = getPointerToString(); if (strPointer != null) { Pointer result = Kernel32.INSTANCE.GlobalFree(strPointer); ... } } finally { // This will free the memory of the pointer-to-pointer super.finalize(); } }
204. 204 История #5. Manual Memory Management public Memory(long size) { this.size = size; ... peer = malloc(size); ... } protected void finalize() { ... free(peer); peer = null; ... }
205. 205 История #5. Manual Memory Management public Memory(long size) { this.size = size; ... peer = malloc(size); ... } protected void finalize() { ... free(peer); peer = null; ... } После данного finalize метод getPointerToString() вернет null
206. 206 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory
207. 207 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory Time to die!
208. 208 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() Argh... later
209. 209 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() if (addr != null) { GlobalFree(addr); } free(addr); addr = null;
210. 210 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() if (addr != null) { GlobalFree(addr); } free(addr); addr = null; Чей finalize() первее?
211. 211 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() if (addr != null) { GlobalFree(addr); } free(addr); addr = null;
212. 212 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() if (addr != null) { GlobalFree(addr); } free(addr); addr = null;
213. 213 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() if (addr != null) { GlobalFree(addr); } free(addr); addr = null;
214. 214 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() if (addr != null) { GlobalFree(addr); } free(addr); addr = null; А если в addr мусор...
215. 215 История #5. Manual Memory Management LPWSTRByReference Memory finalize() finalize() if (addr != null) { GlobalFree(addr); } free(addr); addr = null; А если в addr мусор...
216. 216 Выводы ◦ Смешивать ручное и автоматическое управление памятью опасно haha, cute
217. 217 Выводы ◦ Смешивать ручное и автоматическое управление памятью опасно ◦ Порядок финализации не определен!
218. 218 Выводы ◦ Смешивать ручное и автоматическое управление памятью опасно ◦ Порядок финализации не определен! ◦ В proxy-vole добавили workaround
219. 219 Заключение
220. 220 Заключение Не нужно пытаться предугадать время жизни объекта и рассчитывать на это в коде!
221. 221 Заключение Не нужно пытаться предугадать время жизни объекта и рассчитывать на это в коде! Если вы все-таки на это решились: Используйте правильные костыли решения (reachabilityFence, Cleaner, Timer.cancel)
222. 222 Q & A @jugnsk ivan.ugliansky@gmail.com @dbg_nsk @mskjug