TThreadedSelectorServer 介绍及 Direct Memory OOM 分析

摘要

本文将对TThreadedSelectorServer的线程模型及数据读取过程介绍， 并分析Thrift数据交换接口服务端出现java.lang.OutOfMemoryError: Direct bu

原文出处： 囚兔

一、TThreadedSelectorServer线程模型：

该服务会启动1个AcceptThread， 2个SelectorThread（默认为2个，可设置），一个woker线程池（池的大小可设置），

一个AcceptThread执行accept操作，将accept到的Transport交给SelectorThread线程， AcceptThread中有个balance均衡器分配到SelectorThread；

SelectorThread执行read，write操作，read到一个FrameBuffer（封装了方法名，参数，参数类型等数据，和读取写入，调用方法的操作）交给WorkerProcess线程池执行方法调用。

二、SelectorThread中FrameBuffer读取的过程

每个SelectorThread线程使用FrameBuffer来读取数据。

org.apache.thrift.server.AbstractNonblockingServer.FrameBuffer：

 private boolean internalRead() {
      try {
        if (trans_.read(buffer_) < 0) {
          return false;
        }
        return true;
      } catch (IOException e) {
        LOGGER.warn("Got an IOException in internalRead!", e);
        return false;
      }
    }

代码中trans 为 TNonblockingSocket对象，

org.apache.thrift.transport.TNonblockingSocket：

 public int read(ByteBuffer buffer) throws IOException {
    return socketChannel_.read(buffer);
  }

实际上就是，从socketChannel中读取数据到FrameBuffer的buffer_ (堆内存) 变量中。

socketChannel的read方法中参数传的就是FrameBuffer的buffer_变量。

public int read(ByteBuffer var1)  // var1 即为FrameBuffer的buffer_变量

socketChannel在读取数据到FrameBuffer.buffer_的过程中，使用了sun.nio.ch.Util 和 sun.nio.ch.IOUtil 类来分配临时的直接内存，来实现数据的读取。

sun.nio.ch.Util 类中持有一个线程内的环形缓存区，元素为分配的DirectByteBuffer，每次进行read和write时先从该缓存中拿DirectByteBuffer，条件是其中的DirectByteBuffer的size大于或等于需要的size。

如果没有满足条件的元素，则创建新的DirectByteBuffer，新的使用完后再放回环形缓存区，如果此时缓存区已满则，则释放该DirectByteBuffer： 

sun.nio.ch.Util:

小结：

Frame读取数据分两步： 先读取frame的size大小，再读取整个frame的数据

  1. 读取frameSize（4个字节）： 先分配4个字节的堆内存，然后从socketChannel中读取4个字节的数据，过程中从环形缓冲区中产生了或复用了一个字节长度大于等于4的直接内存。
  2. 读取整个frame数据： 先分配（4 + frameSize）大小的堆内存，接着将frameSize（4个字节）这个int值放入分配的堆内存中，然后从socketChannel中读取一个字节长度为frameSize的数据，同样从socketChannel中读取，过程中从环形缓冲区中产生了或复用了一个字节长度大于等于frameSize的直接内存。

三、java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory 分析

监控分析工具介绍：

1. 调整JVM启动参数，如下：

-Dcom.sun.management.jmxremote.port=9988 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -XX:+PrintGC -XX:+HeapDumpBeforeFullGC -XX:+HeapDumpAfterFullGC

开启JMX服务，可实现远程通过jconsole.exe 和 jvisualvm.exe 来监控JVM的性能参数，其中jconsole可看到堆外内存的使用情况（使用了BufferPoolMXBean）；

开启了JVM做full gc前后做一次dump操作，用于分析堆内存的使用。

2.另外使用Oracle官网上找到的MonBuffers 类来实时监控堆外内存的使用， 代码见附录；

3. Memory Analysis工具用于分析dump文件；

4. tcpdump，wireshake分别用于捕获和分析Thrift服务接收到的字节流。 

OOM问题分析过程：

在监控的过程中，发现某个时间点堆外内存急剧上升达到1个多G，

此时jvm做了一次full gc并做了dump操作：

用Memory Analysis 对 java_pid27220.hprof.2 dump文件进行分析

发现在SelectorThread中一个大的字节数组， 长度为1195725860字节，根据对代码的分析，这个字节数组中的数据正是从直接内存读取出来的，这和直接内存激增吻合。

接下来分析这个大的byte[]中的内容：

发现是一个http的get请求数据，就此猜测可能由于Thrfit服务收到http get请求导致内存激增，

重新启动一个Thrift服务，通过浏览器发送一个http get请求，复现了这个问题

并且最后直接内存的字节数也为1195725860和堆中的byte[]长度吻合。

将1195725860减去4等于1195725856，转成16进制等于0×47455420，

通过tcpdump和wireshake分析Thrfit服务收到的http get请求字节包

这个4个字节吻合，证实直接内存激增是由于Thrfit收到http get包导致的。

那为什么会出现OOM呢，我们的JVM参数中有 -XX:MaxDirectMemorySize=2048M， 直接内存是2G。

当同一个SelectorThread收到多次http get请求会复用环形缓存区中的DirectByteBuffer，所以不会导致直接内存的OOM，但是我们默认是2个SelectorThread，则当2个SelectorThread都收到http get请求则，直接内存会达到1195725860×2=2391451720 > 2G

总结：

这次的OOM问题是由于Thrift服务收到HTTP get请求导致， 这应该算Thrift的一个漏洞吧，至于解决方法，Thrfit好像有限制包长度的参数，有待继续研究。 

问题已解决，解决方案如下链接：

http://my.oschina.net/shipley/blog/467670

四、附录：

MonBuffers 类：

import java.io.File;
import java.lang.management.BufferPoolMXBean;
import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.text.DateFormat;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.Set;
import javax.management.MBeanServerConnection;
import javax.management.ObjectName;
import javax.management.remote.JMXConnector;
import javax.management.remote.JMXConnectorFactory;
import javax.management.remote.JMXServiceURL;

// Attach API
import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;

/**
 * Simple tool to attach to running VM to report buffer pool usage.
 */

public class MonBuffers {
    static final String CONNECTOR_ADDRESS =
          "com.sun.management.jmxremote.localConnectorAddress";

    public static void main(String args[]) throws Exception {
        // attach to target VM to get connector address
        VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(args[0]);
        String connectorAddress = vm.getAgentProperties().getProperty(CONNECTOR_ADDRESS);

        if (connectorAddress == null) {
            // start management agent
            String agent = vm.getSystemProperties().getProperty("java.home") +
                    File.separator + "lib" + File.separator + "management-agent.jar";

            vm.loadAgent(agent);
            connectorAddress = vm.getAgentProperties().getProperty(CONNECTOR_ADDRESS);
            assert connectorAddress != null;
        }

        // connect to agent
        JMXServiceURL url = new JMXServiceURL(connectorAddress);
        JMXConnector c = JMXConnectorFactory.connect(url);
        MBeanServerConnection server = c.getMBeanServerConnection();

        // get the list of pools
        Set<ObjectName> mbeans = server.queryNames(
            new ObjectName("java.nio:type=BufferPool,*"), null);

        List<BufferPoolMXBean> pools = new ArrayList<BufferPoolMXBean>();
        for (ObjectName name: mbeans) {
            BufferPoolMXBean pool = ManagementFactory
                .newPlatformMXBeanProxy(server, name.toString(), BufferPoolMXBean.class);
            pools.add(pool);
        }

        // print headers
        for (BufferPoolMXBean pool: pools)
            System.out.format("         %18s             ", pool.getName());

        System.out.println();
        System.out.format("%20s", "timestamp");

        for (int i=0; i<pools.size(); i++)
            System.out.format("%6s %10s %10s  ",  "Count", "Capacity", "Memory");
        System.out.println();
        DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
  
        // poll and print usage

        for (;;) {
            System.out.format("%10s", df.format(new Date()));
            for (BufferPoolMXBean pool: pools) {
                System.out.format("%6d %10d %10d  ", 
                    pool.getCount(), pool.getTotalCapacity(), pool.getMemoryUsed());
            }
            System.out.println();
            Thread.sleep(2000);
        }
    }
}
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