面试题：Java元空间内存溢出场景及排查

Question

假设在一个Java应用中出现了元空间内存溢出（OutOfMemoryError: Metaspace），请详细说明可能导致这种问题出现的场景，以及如何利用工具如JConsole、VisualVM等进行问题排查和分析？

Answer 1

可能导致元空间内存溢出的场景

1. 动态生成大量类：
   • 在运行时动态生成大量Java类，比如使用字节码生成框架（如ASM、Javassist）频繁创建新类。例如在一个代码生成系统中，每次接收不同的业务规则，就动态生成对应的处理类。由于元空间用于存储类的元数据，大量类的生成会不断占用元空间，直至溢出。
   • 使用反射频繁加载类。每次反射加载新类时，元空间需要存储这些类的元数据，如果反射操作过多且加载的类不被卸载，元空间会被耗尽。
2. 类加载器泄漏：
   • 自定义类加载器，如果没有正确释放，会导致其加载的类一直驻留在内存中。例如，在Web应用中，一个Servlet容器使用自定义类加载器加载Servlet类，如果在应用卸载时没有正确关闭该类加载器，那么这些Servlet类及其相关的元数据会一直占用元空间，随着多次部署应用，元空间会被占满。
3. 应用服务器配置不当：
   • 对于一些应用服务器（如Tomcat），如果其默认的元空间大小设置过小，而应用又相对复杂，加载的类较多，就容易导致元空间溢出。例如，在高并发的Web应用中，加载的Servlet、过滤器、监听器等类较多，如果Tomcat初始分配的元空间不足，就可能出现问题。
4. 第三方库的问题：
   • 某些第三方库可能存在内存泄漏问题，导致不断产生新的类元数据。例如，某个第三方的ORM框架在处理复杂的数据库映射关系时，可能错误地创建大量不必要的中间类，这些类的元数据会持续占用元空间。

利用JConsole进行问题排查和分析

1. 启动JConsole：
   • 在命令行中输入jconsole，会弹出JConsole的连接窗口。
   • 选择要监控的Java进程（即出现元空间内存溢出问题的应用进程），点击“连接”。
2. 查看内存相关信息：
   • 在JConsole的“内存”标签页中，可以看到堆内存和非堆内存（元空间属于非堆内存）的使用情况。观察元空间的使用趋势，如果元空间的使用量持续上升且最终达到上限导致溢出，可进一步分析。
   • 点击“执行GC”按钮，观察元空间的内存回收情况。如果GC后元空间内存没有明显下降，可能存在类加载器泄漏或无法回收的类元数据。
3. 查看类加载信息：
   • 在“类”标签页中，可以查看当前加载的类的数量。如果类的数量不断增加且没有减少的趋势，结合元空间内存增长情况，可能是动态生成类过多导致的问题。
   • 可以通过“类加载器”部分查看不同类加载器加载的类的情况，排查是否存在类加载器泄漏，例如某个自定义类加载器加载的类数量异常多且持续增长。

利用VisualVM进行问题排查和分析

1. 启动VisualVM：
   • 在命令行输入jvisualvm启动VisualVM工具。
   • 在左侧“本地”节点下找到要分析的Java进程（出现元空间内存溢出问题的进程）。
2. 查看内存使用情况：
   • 在进程详情页的“监视”标签页中，有内存使用的实时图表，包括堆内存和非堆内存（元空间）。观察元空间内存的变化趋势，确定是否持续增长直至溢出。
   • 点击“执行GC”按钮，查看元空间内存回收情况，判断是否存在内存泄漏。
3. 分析类加载情况：
   • 切换到“类”标签页，这里可以看到加载的类总数以及不同类加载器加载的类的详细信息。通过观察类数量的变化，特别是在应用运行过程中的变化，判断是否有异常的类生成。
   • 如果怀疑是类加载器泄漏，可以重点关注自定义类加载器加载的类的情况，查看是否有大量类被该类加载器加载且没有释放。
4. 使用抽样器：
   • 点击“抽样器”标签页，选择“内存”抽样。这会生成一个内存快照，分析哪些类占用了大量内存，对于元空间问题，可确定是否有某些异常类的元数据占用过多空间。同时，也可以通过分析对象实例的情况，间接判断是否存在类加载异常导致的元空间问题。