Java内存泄漏、CPU飙升排查

在Java应用开发中，内存泄漏和CPU飙升是两类高频出现的生产问题，也是常见的面试问题。这里通过一些demo进行实践。

内存泄漏

java 复制代码

private static List<byte[]> leakList = new ArrayList<>();

@GetMapping("/memory/leak")
public void test2() {
    try {
        while (true) {
            // 分配1MB的内存块
            byte[] block = new byte[1024 * 1024];
            leakList.add(block);

            // 每隔100毫秒分配一次，模拟内存不断积累
            Thread.sleep(100);
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

shell 复制代码

java -jar -Xms256m -Xmx256m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/Users/wx/workspace/app.hprof test.jar


jstat -gcutil <pid> 1000  # 观察Old区使用率持续上涨

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError: 在发生 OutOfMemoryError 时自动生成堆转储文件（Heap Dump） -XX:HeapDumpPath: 指定堆转储文件的保存位置，可以使用工具（如 MAT、JProfiler 等）打开和分析

可以通过jmap命令生成hprof报告

shell 复制代码

jmap -dump:live,format=b,file=heap_dump.bin <pid>

# 查看Java进程
jps -l
jcmd
ps -ef | grep java

使用JProfiler打开*.hprof文件，查看最大内存占有的数据类型

点击目标数据类型，选择incoming references

incoming references：查看目标数据类型被哪些对象引用了
outgoing references：查看目标数据类型引用了哪些对象

找到泄漏对象 LeakedObject由于被静态集合引用而无法被垃圾回收，从而确定位置

CPU飙升

java 复制代码

@GetMapping("/cpu")
public void test3() {
    CompletableFuture<Void> t1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            while (true) {
                // 密集计算，无退出条件
                double result = 0;
                for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                    result += Math.sqrt(i) * Math.tan(i);
                }
            }
        }, threadPoolExecutor);

        CompletableFuture<Void> t2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println("正常业务运行中...");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, threadPoolExecutor);
        CompletableFuture.allOf(t1, t2).join();
}

定位Java进程，top -c
查看线程级别CPU占用，top -Hp <PID>
抓去线程快照，jstack <PID> > thread.txt
线程ID转换printf "%x\n" <线程ID>
进行分析

txt 复制代码

"WXW-Thread-1" #35 daemon prio=5 os_prio=31 cpu=150071.37ms elapsed=150.75s tid=0x00007fdfb58fea00 nid=0x7207 runnable  [0x0000700006795000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
	at com.example.controller.TestThreadController.lambda$test3$2(TestThreadController.java:94)
	at java.util.concurrent.CompletableFuture$AsyncSupply.run([email protected]/CompletableFuture.java:1768)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker([email protected]/ThreadPoolExecutor.java:1136)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run([email protected]/ThreadPoolExecutor.java:635)
	at java.lang.Thread.run([email protected]/Thread.java:840)

通过日志查找问题所在

使用JProfiler分析CPU视图，定位异常线程和代码

内存结构

JVM（Java虚拟机）的内存结构是其运行时数据区域的核心组成部分，用于管理程序执行过程中的内存分配和回收

程序计数器

作用

记录当前线程执行的位置（字节码指令地址）

特性

线程私有，每个线程独立存储
唯一不会发生 OutOfMemoryError 的区域

虚拟机栈

作用

存储方法调用栈帧（每个方法对应一个栈帧），管理局部变量、操作数栈、动态链接和方法返回地址

栈帧结构

局部变量表：存放方法参数和方法内定义的局部变量（基本类型和对象引用）
操作数栈：执行自己饿吗指令的临时操作数存储区
动态链接：指向运行时常量池中该方法的符号引用
返回地址：方法退出后需要返回的位置

特点

线程私有
可能抛出的异常
- StackOverflowError：栈深度超过限制（无限递归）
- OutOfMemoryError：扩展栈是无法申请足够内存

本地方法栈

作用

为Native方法提供服务

特性

线程私有

方法区

作用

存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码，包含运行时常量池，存放编译期生成的字面量、符号引用及运行时添加的常量

特性

线程共享
可能抛出OutOfMemoryError

堆

堆是Java应用程序最重要的一个内存结构

作用

存放所有对象实例和数组（通过 new 关键字创建的对象）

特性

线程共享
可能抛出OutOfMemoryError
通过 -Xmx 和 -Xms 设置最大和初始堆大小，最好是设置一致

堆内存划分

新生代
- Eden区：对象初次分配的区域
- Survivor区：存放经过Minor GC后存活的对象
老年代：存放长期存活的对象（经过多次GC未被回收）
老年代:新生代=2:1，Eden区:Survivor0区:Survivor1区=8:1:1