进一步分析并彻底解决 Flink container exit 143 问题

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一、前言

上一篇文章我们通过增大 metaspace 的内存，让程序跑了起来，不影响线上使用。今天呢，就彻底解决 metaspace 不断增长的问题

二、 metaspace

2.1 metaspace 是什么

这是 java 的内存模型，从 1.8 开始metaspace 替代方法区，用于存储类定义、方法数据、字段数据等元数据，并且呢它是从是从本机内存中分配的，大小不固定。

也就是说如果不断的创建类等，metaspace 总会被撑爆的

2.2 metaspace 如何设置

对于 java 来说

text 复制代码

-   `-XX:MetaspaceSize`

这个参数是初始化的Metaspace大小，该值越大触发Metaspace GC的时机就越晚。随着GC的到来，虚拟机会根据实际情况调控Metaspace的大小，可能增加上线也可能降低。在默认情况下，这个值大小根据不同的平台在`12M到20M`浮动。使用`java -XX:+PrintFlagsInitial`命令查看本机的初始化参数，`-XX:Metaspacesize`为`21810376B`（大约20.8M）。

-   `-XX:MaxMetaspaceSize`  
    这个参数用于限制Metaspace增长的上限，防止因为某些情况导致Metaspace无限的使用本地内存，影响到其他程序。在本机上该参数的默认值为4294967295B（大约4096MB）。
-   `-XX:MinMetaspaceFreeRatio`  
    当进行过Metaspace GC之后，会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比小于这个参数，那么虚拟机将增长Metaspace的大小。在本机该参数的默认值为40，也就是40%。设置该参数可以控制Metaspace的增长的速度，太小的值会导致Metaspace增长的缓慢，Metaspace的使用逐渐趋于饱和，可能会影响之后类的加载。而太大的值会导致Metaspace增长的过快，浪费内存。
-   `-XX:MaxMetasaceFreeRatio`  
    当进行过Metaspace GC之后， 会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比大于这个参数，那么虚拟机会释放Metaspace的部分空间。在本机该参数的默认值为70，也就是70%。
-   `-XX:MaxMetaspaceExpansion`  
    Metaspace增长时的最大幅度。在本机上该参数的默认值为5452592B（大约为5MB）。
-   `-XX:MinMetaspaceExpansion`  
    Metaspace增长时的最小幅度。在本机上该参数的默认值为340784B（大约330KB为）。

对于 Flink 来说

txt 复制代码

taskmanager.memory.jvm-metaspace.size=1024mb

三、结合 GC 日志分析问题

3.1 问题分析

text 复制代码

2024-05-08T11:11:35.075+0800: 22.379: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 428583K->21165K(2160128K)] 451157K->43747K(7097344K), 0.0344272 secs] [Times: user=0.08 sys=0.02, real=0.04 secs] 

2024-05-08T11:11:35.109+0800: 22.413: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 21165K->0K(2160128K)] [ParOldGen: 22581K->35384K(4937216K)] 43747K->35384K(7097344K), [Metaspace: 34235K->34235K(1079296K)], 0.2253439 secs] [Times: user=0.54 sys=0.03, real=0.22 secs]

发现 Full GC 前后 Metaspace 的内存大小并没有变化，很是奇怪，为了弄清楚为啥，我增加了如下两个JVM启动参数来观察类的加载、卸载信息：

ruby 复制代码

-XX:TraceClassLoading -XX:TraceClassUnloading

加了这两个参数后，系统跑了一段时间，从GC日志中发现大量如下的日志：

另外在 aviatorscript 也发现了对应的issues

源码分析

3.3 源码解析

查看代码我们可以看到Aviator提供了两个调用接口：

typescript 复制代码

public static Object execute(String expression, Map<String, Object> env, boolean cached) {
	return getInstance().execute(expression, env, cached);
}
public static Object execute(String expression, Map<String, Object> env) {
	return execute(expression, env, false);
}

深入源码：

kotlin 复制代码

public Expression compile(final String expression, final boolean cached) {
        if (expression != null && expression.trim().length() != 0) {
            if (cached) {
                FutureTask<Expression> task = (FutureTask)this.cacheExpressions.get(expression);
                if (task != null) {
                    return this.getCompiledExpression(expression, task);
                } else {
                    task = new FutureTask(new Callable<Expression>() {
                        public Expression call() throws Exception {
                            return AviatorEvaluatorInstance.this.innerCompile(expression, cached);
                        }
                    });
                    FutureTask<Expression> existedTask = (FutureTask)this.cacheExpressions.putIfAbsent(expression, task);
                    if (existedTask == null) {
                        existedTask = task;
                        task.run();
                    }

                    return this.getCompiledExpression(expression, existedTask);
                }
            } else {
                return this.innerCompile(expression, cached);
            }
        } else {
            throw new CompileExpressionErrorException("Blank expression");
        }
    }

可以发现核心方法是innerCompile方法。继续深入找到cached参数最底层的使用：

typescript 复制代码

public AviatorClassLoader getAviatorClassLoader(boolean cached) {
        return cached ? this.aviatorClassLoader : new AviatorClassLoader(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
    }

综上，我们发现

cached参数为true时，会优先从缓存中获取编译好的表达式对象。同时使用编译表达式使用的类加载器也是同一个。
而cached为false时，每次执行表达式都会去编译表达式，且每次编译使用的是一个全新的类加载器。这是导致元数据区加载太多"一次性"类的元凶。

四、问题解决

最终，在调用参数中，将cached设置为true，成功解决Full GC (Metadata GC Threshold)问题

五、总结

本文介绍了Java中Metaspace的相关知识和参数设置，同时提供了解决Metaspace内存泄漏的方案。同时，通过分析GC日志，发现了使用Aviator表达式引擎时可能导致Metaspace内存泄漏的问题，并提供了解决方案。