年轻代频繁GC ParNew导致http变慢

背景介绍

某日下午大约四点多，接到合作方消息，线上环境，我这边维护的某http服务突然大量超时（对方超时时间设置为300ms），我迅速到鹰眼平台开启采样，发现该服务平均QPS到了120左右，平均RT在2秒多到3秒，部分毛刺高达5到6秒（正常时候在60ms左右）。

qps情况：

rt情况

问题解决

该服务是一个对内的运营平台服务（只部署了两台docker）预期qps个位数，近期没做过任何的线上发布，核心操作是整合查询数据库，一次请求最多涉及40次左右的DB查询，最终查询结果为一个多层树形结构，一个响应体大约50K。之前口头跟调用方约定要做缓存，现在看到QPS在120左右，（QPS证明没有做缓存），遂要求对方做缓存，降低QPS。后QPS降到80以内，rt恢复正常（平均60ms），最终QPS一直降到40（后续需要推动调用方上缓存，保证QPS在个位数）。

问题定位

由于该服务核心操作是查询数据库，且一次请求有40次DB query，遂首先排查是否慢sql导致，查看db性能监控，发现db 平均rt在0.3ms以内，可以算出来DB整体耗时在12ms左右，排除慢sql导致RT变高。

开始怀疑，是否DB连接池在高并发下出现排队，tddl默认的连接池大小是10.一查监控，整个占用的连接数从来没有超过7个，排除连接池不足的问题。

至此，造成RT高的原因，在数据库层面被排除。

接着开始查采样到的服务调用链上的每一个执行点，看看到底是调用链上的那部分耗时最多。发现里面很多执行点都有一个特点，就是本地调用耗时特别长（几百毫秒），但是真正的服务调用（比如db查询动作）时间却很短，(0ms代表执行时间小于1ms，也间接印证之前db的平均RT在0.3ms以内)

本地调用耗时: 267ms

客户端发送请求: 0ms

服务端处理请求: 0ms

客户端收到响应: 1ms

总耗时: 1ms

这时候问题逐渐清晰，问题出现在本地方法执行的耗时过长，可是再次检查该服务所有代码，并没有需要长耗时的本地执行逻辑，那么继续看CPU的load情况。

load长时间在4左右徘徊，我们的docker部署在4c8G的宿主机上，但是我们不能独占这个4C的，持续这么高的load已经不正常了。

继续追查cpu load飙高的原因，接着去看GC日志，发现大量的Allocation Failure，然后ParNew次数在每分钟100次以上，明显异常，见下GC日志例子

2020-03-25T16:16:18.390+0800:1294233.934: [GC (Allocation Failure)2020-03-25T16:16:18.391+0800:1294233.935: [ParNew:1770060K->25950K(1922432K),0.0317141secs]2105763K->361653K(4019584K),0.0323010secs] [Times: user=0.12sys=0.00, real=0.04secs]

每次占用cpu的时间在0.04s左右，但是由于ParNew GC太过频繁，每分钟最高100次以上，整体占用cpu时间还是很可观。

看了下jvm内存参数

年轻代分配了2G内存，其中eden区约1.7G

使用jmap查看年轻代对象占用空间情况,排名靠前的有多个org.apache.tomcat.util.buf包下的对象，比如ByteChunk、CharChunk、MessageBytes等，以及响应涉及的一些临时对象列表。其中ByteChunk等即tomcat响应输出相关类

至此问题明确，超大响应包（50K）在发送到网卡的过程中，需要经过从用户态user space拷贝到内核态 kernel space，然后在拷贝到网卡进行发送（像netty等的零拷贝针对的就是这种拷贝），加上响应体查询过程中，涉及的大量临时对象list，在高并发场景下，就导致年轻代内存占满，然后频繁gc（后续在合适的时间会压测该接口），这里还有一个点，很多人以为ParNewGC不会stop the world，其实是会的。频繁ParNewGC造成用户线程进入阻塞状态，让出CPU时间片，最终导致连接处理等待，接口的RT变高。整个排查过程，鹰眼，idb性能监控等可视化监控平台帮助真的很大，否则到处去查日志得查的晕头转向了。

经验总结
接口设计，需要避免超大响应体出现，分而治之，将一个大接口拆分为多个小接口。

缓存设计，像这个服务一样，一个请求带来将近40次DB查询的，需要考虑在服务端进行缓存（当时偷懒了，要求调用方去做缓存）。

性能设计，要对自己负责系统的性能了如指掌，可以通过压测等手段得到自己系统的天花板，否则，某一个接口hang住，会导致整个应用的可用性出现问题。

流量隔离，内部应用和外部流量之间，需要进行流量隔离，即使通过缓存，也有缓存击穿的问题。

口头说的东西都不靠谱，要落在文档上，还需要检查执行情况。