警惕动态代理导致的Metaspace内存泄漏问题

前一段时间，公司将jdk升级到1.8之后，系统出现问题，问题集中在系统中包含的两个服务上。通过监控发现，每过十五分钟，这两个服务所在的服务器的内存就会减少，不到一天的时间，整个服务器的内存就被耗光，导致两个服务出现异常。两个服务的负责人经过多次分析无果，只能将问题提给我，让我协助分析。

首先从监控的数据来看，服务器内存下降是很有规律的，每过十五分钟，可用物理内存就掉下一个台阶，跟服务开发人员了解到这两个服务之间，会通过一个定时任务同步数据，同步数据的周期正是十五分钟，因此很容易可以判断，这个问题的根源，应该就是出在定时任务上。

接下来就是查看服务的jvm内存情况，为了更好的复现问题，我让应用开发人员帮我搭建起了这两个服务的测试环境，然后将定时任务触发的频率提高为一分钟执行一次。然后通过：

jstat -gccapacity  进程号

查看服务的jvm内存分配和回收情况，结果很容易就发现导致服务器可用内存下降的原因，正是因为每次定时任务触发之后，jvm的metaspace内存都在扩张，最终导致系统可用内存被耗尽。

接下来就是分析是什么原因导致metaspace一直不断扩张，因为metaspace主要存储类元数据，所以导致其不断扩张的原因，最有可能是加载类元数据导致内存泄漏，因此我给服务启动命令加上-verbose:class启动参数，让jvm输出类装载和卸载的情况，并将服务的标准输出重定向到指定文件中，方便运行一段时间之后去检查输出的情况。

运行一段时间之后，查看输出文件，可以看到每次定时任务执行的时候，都会大量的加载Fastjson创建的代理类。检查对应的服务代码，发现两个服务在定时任务触发时，其中一个服务会通过rpc调用另外一个服务，调用参数和响应参数是json格式的，通过Fastjson进行序列化和反序列化，而出现问题的地方，正是服务通过Fastjson进行反序列化时出现。从服务的代码看，在反序列时，创建了一个ParseConfig对象用于配置Fastjson的反序列化设置，但并未指定专门的实现了ObjectDeserializer接口的反序列化器，通过分析Fastjson的源码，可以发现在这种情况下，Fastjson会默认创建一个JavaBeanDeserializer实例用于将json转换成java bean，而在转换的过程中，会首先加载这个目标java bean的代理类，加载代理类的时候通过ParseConfig对象进行检查，如果目标类已经创建了代理类，则不在创建，直接使用这个代理类来实例化bean，否则会先创建这个目标类的代理Class。Fastjson默认使用ASM来创建代理类，在未禁用ASM代理的情况下，会直接读取目标类的.class文件，然后通过Classloader的definClass1方法来将读取的字节码加载生成代理类，生成的代理类命名为Fastjson_ASM_XXX_1，其中XXX是目标类的类名，而数字1则是由一个AtomicLong递增得到。

这样就很清楚了，我们的服务在每次接口被调用时，都实例化一个ParseConfig对象来配置Fastjson反序列的设置，而未禁用ASM代理的情况下，由于每次调用ParseConfig都是一个新的实例，因此永远也检查不到已经创建的代理类，所以Fastjson便不断的创建新的代理类，并加载到metaspace中，最终导致metaspace不断扩张，将机器的内存耗尽。

定位到问题之后，解决这个问题就简单了，有很多种方法，而且每种方法都没什么难度。比如说可以定义一个全局的ParseConfig对象用于反序列化，也可以直接使用JSON.parseObject来进行反序列化，还可以通过实现ObjectDeserializer接口，自己实现反序列化的逻辑，避免让fastjson自动创建代理类。

  这个问题解决虽然简单，但是导致问题发生的原因还是值得重视。为什么在升级之前不会出现这个问题？这就要分析jdk1.8和1.7自带的hotspot虚拟机的差异了。从jdk1.8开始，自带的hostspot虚拟机取消了过去的永久区，而新增了metaspace区，从功能上看，metaspace可以认为和永久区类似，其最主要的功用也是存放类元数据，但实际的机制则有较大的不同。首先，metaspace默认的最大值是整个机器的物理内存大小，所以metaspace不断扩张会导致java程序侵占系统可用内存，最终系统没有可用的内存；而永久区则有固定的默认大小，不会扩张到整个机器的可用内存。当分配的内存耗尽时，两者均会触发full gc，但不同的是永久区在full gc时，以堆内存回收时类似的机制去回收永久区中的类元数据（Class对象），只要是根引用无法到达的对象就可以回收掉，而metaspace判断类元数据是否可以回收，是根据加载这些类元数据的Classloader是否可以回收来判断的，只要Classloader不能回收，通过其加载的类元数据就不会被回收。这也就解释了我们这两个服务为什么在升级到1.8之后才出现问题，因为在之前的jdk版本中，虽然每次调用fastjson都创建了很多代理类，在永久区中加载类很多代理类的Class实例，但这些Class实例都是在方法调用是创建的，调用完成之后就不可达了，因此永久区内存满了触发full gc时，都会被回收掉，而使用1.8时，因为这些代理类都是通过主线程的Classloader加载的，这个Classloader在程序运行的过程中永远也不会被回收，因此通过其加载的这些代理类也永远不会被回收，这就导致metaspace不断扩张，最终耗尽机器的内存了。

  其实这个问题并不局限于fastjson，只要是需要通过程序加载创建类的地方，就有可能出现这种问题。尤其是在框架中，往往大量采用类似ASM、javassist等工具进行字节码增强，而根据上面的分析，在jdk1.8之前，因为大多数情况下动态加载的Class都能够在full gc时得到回收，因此不容易出现问题，也因此很多框架、工具包并没有针对这个问题做一些处理，一旦升级到1.8之后，这些问题就可能会暴露出来。

最后

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