Исправление ошибки PermGen Space в Tomcat 6 с Hibernate/JPA

Ошибка java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space в приложениях Hibernate/JPA + IceFaces/JSF на Tomcat 6 с JDK 1.6

Ошибка java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space в приложениях Hibernate/JPA + IceFaces/JSF на Tomcat 6 с JDK 1.6 в основном возникает из-за утечек памяти ClassLoader при повторном развертывании, когда метаданные классов накапливаются в пространстве PermGen без надлежащей сборки мусора. Это происходит потому, что статические ссылки, кэшированные объекты и пулы потоков поддерживают ссылки на ClassLoaders, предотвращая очистку, особенно при использовании компонентов JSF и Hibernate ORM. Ошибка проявляется после нескольких повторных развертываний, поскольку пространство PermGen заполняется определениями классов, которые не могут быть собраны сборщиком мусора.

Содержание

• Что такое пространство PermGen и почему это важно
• Основные причины ошибки в приложениях Hibernate/JPA + JSF
• Практические решения и стратегии предотвращения
• Инструменты диагностики и методы анализа
• Рекомендации по долгосрочной миграции

Что такое пространство PermGen и почему это важно

Пространство поколения PermGen (Permanent Generation) в JDK 1.6 — это специальная область кучи, где JVM хранит метаданные классов, включая определения классов, код методов и информацию о пуле констант. В отличие от основной кучи, пространство PermGen имеет собственный механизм сборки мусора, который гораздо менее эффективен. В Tomcat 6 каждое веб-приложение получает свой собственный WebappClassLoader, и при повторном развертывании приложений эти ClassLoaders теоретически должны собираться сборщиком мусора, когда они больше не нужны.

Однако, как объясняет Mattias Jiderhamn, пространство PermGen создает идеальные условия для утечек памяти, потому что “постоянное поколение не очищается сборщиком мусора”, как отмечено в обсуждении JBoss. Каждое повторное развертывание добавляет больше определений классов в PermGen, и когда утечки ClassLoaders предотвращают очистку, пространство в конечном итоге заполняется полностью.

Проблема особенно остра в приложениях, использующих Hibernate/JPA и IceFaces/JSF, поскольку эти фреймворки создают сложные иерархии объектов и кэши, которые могут поддерживать ссылки, предотвращающие надлежащую сборку мусора ClassLoaders.

Основные причины ошибки в приложениях Hibernate/JPA + JSF

Утечки памяти ClassLoader

Основной причиной ошибок PermGen являются утечки памяти ClassLoader. Когда веб-приложение удаляется из развертывания, контейнер должен освободить все ссылки на этот ClassLoader, позволяя обычной сборке мусора очистить связанные классы. Однако, как объясняет Victor Jan, “когда приложение удаляется из развертывания, контейнер теоретически освобождает все ссылки на загрузчик классов и ожидает, что обычная сборка мусора позаботится о остальном” — но эта теория не всегда работает на практике.

Конкретные проблемные паттерны включают:

• Статические ссылки: Как отмечено в обсуждении Stack Overflow, “поскольку ссылка изначально статическая, никакое количество сборки мусора не очистит эту ссылку — загрузчик классов и все загруженные им классы останутся навсегда”.

• Пулы потоков: Пулы потоков, которые поддерживают ссылки на классы приложения, предотвращают очистку ClassLoader. Как указывает Mkyong, “чаще всего ошибка java.lang.OutOfMemoryError: Permgen space возникает при повторных развертываниях, когда ошибочный код блокирует сборку мусора загрузчиков классов”.

Проблемы, специфичные для фреймворков

Проблемы JSF и IceFaces:
API JSF, особенно javax.faces.component.UIComponentBase, содержит кэш, который может вызывать утечки ClassLoader при размещении API на уровне сервера приложений. Это известная проблема, которая сильно затрагивает приложения на базе JSF.

Проблемы Hibernate/JPA:
Hibernate может вызывать утечки памяти через несколько механизмов:

• Генерация прокси CGLIB создает классы, которые могут поддерживать ссылки
• Javassist (используемый в старых версиях Hibernate) имел известные проблемы с PermGen
• Проблемы с пулом соединений и потоками очистки

Как отмечено в обсуждении утечек памяти Spring Data JPA, драйвер MySQL JDBC может создавать потоки очистки, которые поддерживают ссылки, предотвращая надлежащую сборку мусора ClassLoader.

Особенности Tomcat 6

Tomcat 6 имеет особенности, которые усугубляют эти проблемы:

• Размер PermGen по умолчанию относительно мал (64MB)
• Обработка ClassLoader при повторном развертывании имеет известные ошибки
• Интеграция с различными фреймворками приложений создает крайние случаи

Как упоминается в исследованиях, “говорят, что последняя версия Tomcat (6.0.28 или 6.0.29) лучше обрабатывает задачу повторного развертывания сервлетов”, но даже эти версии имеют ограничения при работе со сложными приложениями.

Практические решения и стратегии предотвращения

Немедленные исправления

Увеличение размера PermGen:
Самое быстрое исправление — увеличить выделение пространства PermGen. Установите эти параметры JVM в вашем CATALINA_OPTS или JAVA_OPTS:

export CATALINA_OPTS="-XX:MaxPermSize=512m -XX:PermSize=256m"

Как указано в руководстве TecAdmin, “увеличение размера permgen отложит момент, когда закончится память, но на самом деле, вам нужно перезапускать Tomcat при повторном развертывании веб-приложения”.

Перезапуск Tomcat после повторного развертывания:
Хотя это не идеально для сред разработки, перезапуск Tomcat после каждого повторного развертывания обеспечивает полную очистку. Это часто наиболее надежное временное решение.

Исправления в коде и конфигурации

Исправление утечек ClassLoader:

• Обновление версий библиотек: Используйте последние версии Hibernate, JSF и связанных библиотек. Как отмечает Mattias Jiderhamn, “я видел отчеты в сети об ошибках PermGen при использовании старых версий Javassist с Hibernate. Во многих вопросах в JIRA Javassist; начните здесь и посмотрите ‘Similar Issues’. Поскольку проблемы имеют разные исправленные версии, лучше использовать последнюю версию”.

• Правильная настройка драйверов JDBC: Как рекомендуется в обсуждении Spring Data JPA, “это заставляет драйвер MySQL JDBC и его поток очистки загружаться вне загрузчика классов для веб-приложения”.

• Использование защитника от утечек ClassLoader: Попробуйте библиотеку ClassLoader Leak Prevention, специально разработанную для решения этих проблем.

Конфигурация Hibernate:
Настройте Hibernate для более эффективного использования памяти:

<property name="hibernate.cache.use_second_level_cache">false</property>
<property name="hibernate.cache.use_query_cache">false</property>

Конфигурация JSF:

• Правильно очищайте кэши компонентов JSF
• Убедитесь в надлежащей очистке экземпляров FacesContext
• Рассмотрите возможность использования функций JSF 2.x, которые лучше обрабатывают память

Расширенные параметры конфигурации

Настройка сборки мусора:

export CATALINA_OPTS="-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+CMSIncrementalMode"

Флаг -XX:+CMSClassUnloadingEnabled особенно важен, так как он позволяет сборщику мусора выгружать классы из пространства PermGen.

Анализ дампа кучи:
Настройте вашу JVM для создания дампов кучи при ошибке OutOfMemoryError:

export CATALINA_OPTS="-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/path/to/dumps"

Инструменты диагностики и методы анализа

Eclipse Memory Analyzer Tool (MAT)

Eclipse MAT — наиболее эффективный инструмент для анализа утечек PermGen. Как отмечено в обсуждении Stack Overflow, “при развертывании на Tomcat с параметром VM -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError, созданный дамп кучи можно проанализировать с помощью Eclipse Memory Analyzer Tool (MAT). MAT определяет класс java.util.logging.Level$KnownLevel как виновника, который предотвращает сборку мусора”.

MAT может помочь вам:

• Определить объекты, предотвращающие сборку мусора ClassLoader
• Найти статические ссылки, которые не должны существовать
• Проанализировать цепочку ссылок, вызывающих утечки

VisualVM

Используйте VisualVM, который поставляется с JDK для:

• Мониторинга использования памяти со временем
• Создания снимков до и после повторного развертывания
• Анализа дампов потоков для определения проблемных потоков

Методы ручного анализа

Мониторинг использования PermGen:

jstat -gcutil <pid> 1000

Это покажет процент использования PermGen со временем, помогая определить, когда пространство заполняется.

Анализ загрузки классов:

jmap -permstat <pid>

Эта команда предоставляет статистику об использовании пространства постоянного поколения по загрузчикам классов.

Рекомендации по долгосрочной миграции

Обновление до JDK 7+ и Tomcat 7+

Наиболее устойчивое решение — миграция на более новые технологии, где пространство PermGen заменено на Metaspace в JDK 8+, который имеет гораздо лучшие характеристики сборки мусора.

Преимущества миграции на JDK 8:

• Metaspace автоматически растет и сжимается
• Нет фиксированных ограничений по размеру
• Лучшая сборка мусора метаданных классов
• Управление нативной памятью, которое более эффективно

Преимущества Tomcat 7+:

• Улучшенная обработка ClassLoader
• Лучшее обнаружение утечек памяти
• Улучшенные механизмы повторного развертывания

Улучшения архитектуры

Изоляция контейнеров:
Рассмотрите возможность запуска приложений в отдельных контейнерах для предотвращения перекрестного загрязнения ClassLoaders.

Подход микросервисов:
Разбейте большие приложения на более мелкие сервисы для уменьшения объема памяти каждого развертывания.

Улучшения процесса разработки:

• Реализуйте надлежащее тестирование перед развертыванием
• Используйте непрерывную интеграцию для раннего обнаружения утечек памяти
• Мониторьте использование памяти приложений в продакшене

Заключение

Ошибка java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space в приложениях Hibernate/JPA + IceFaces/JSF на Tomcat 6 в основном вызвана утечками памяти ClassLoader при повторном развертывании, когда метаданные классов накапливаются без надлежащей сборки мусора. Ключевые решения включают временное увеличение размера PermGen, исправление утечек ClassLoader через правильную настройку и обновление библиотек, а также использование инструментов диагностики, таких как Eclipse MAT, для определения коренных причин. Для долгосрочной стабильности миграция на JDK 8+ с Metaspace и Tomcat 7+ предоставляет наиболее надежное решение, полностью устраняя пространство PermGen и реализуя лучшие практики управления памятью.

Источники

1. Dealing with “java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space” error - Stack Overflow
2. Tomcat – java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space Cause and Solution - Javarevisited
3. Tomcat - java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space - Mkyong.com
4. Tomcat – java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space – TecAdmin
5. Classloader leaks V – Common mistakes and Known offenders - Mattias Jiderhamn
6. Memory leaks where the classloader cannot be garbage collected - Victor Jan
7. How to avoid Classloader Leak with JPA, Hibernate and Spring on Tomcat - Stack Overflow
8. Tomcat 7+ memory leak on stop/redeploy. Spring Data, JPA, Hibernate, MySQL - Stack Overflow