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来源:segmentfault.com/a/1190000020383866

背景

公司有个渠道系统,专门对接三方渠道使用,没有什么业务逻辑,主要是转换报文和参数校验之类的工作,起着一个承上启下的作用。

最近在优化接口的响应时间,优化了代码之后,但是时间还是达不到要求;有一个诡异的100ms左右的耗时问题,在接口中打印了请求处理时间后,和调用方的响应时间还有差了100ms左右。比如程序里记录150ms,但是调用方等待时间却为250ms左右。

下面记录下当时详细的定位&解决流程(其实解决很简单,关键在于怎么定位并找到解决问题的方法)

定位过程

分析代码

渠道系统是一个常见的spring-boot web工程,使用了集成的tomcat。分析了代码之后,发现并没有特殊的地方,没有特殊的过滤器或者拦截器,所以初步排除是业务代码问题

分析调用流程

出现这个问题之后,首先确认了下接口的调用流程。由于是内部测试,所以调用流程较少。

公司是云服务器,网络走的也是云的内网。由于不明确问题的原因,所以用排除法,首先确认服务器网络是否有问题。

先确认发送端到Nginx Host是否有问题:

从ping结果上看,发送端到Nginx主机的延迟是无问题的,接下来查看Nginx到渠道系统的网络。

从ping结果上看,Nginx到渠道系统服务器网络延迟也是没问题的

既然网络看似没问题,那么可以继续排除法,砍掉Nginx,客户端直接再渠道系统的服务器上,通过回环地址(localhost)直连,避免经过网卡/dns,缩小问题范围看看能否复现(这个应用和地址是我后期模拟的,测试的是一个空接口):

从curl日志上看,通过回环地址调用一个空接口耗时也有73ms。这就奇怪了,跳过了中间所有调用节点(包括过滤器&拦截器之类),直接请求应用一个空接口,都有73ms的耗时,再请求一次看看:

更奇怪的是,第二次请求耗时就正常了,变成了3ms。经查阅资料,linux curl是默认开启http keep-alive的(Keep-Alive的介绍可以参考我的另一篇文章)。就算不开启keep-alive,每次重新handshake,也不至于需要70ms。

经过不断分析测试发现,连续请求的话时间就会很短,每次请求只需要几毫秒,但是如果隔一段时间再请求,就会花费70ms以上。

从这个现象猜想,可能是某些缓存机制导致的,连续请求因为有缓存,所以速度快,时间长缓存失效后导致时间长。

那么这个问题点到底在哪一层呢?tomcat层还是spring-webmvc呢?

光猜想定位不了问题,还是得实际测试一下,把渠道系统的代码放到本地ide里启动测试能否复现

但是导入本地Ide后,在Ide中启动后并不能复现问题,并没有70+ms的延迟问题。这下头疼了,本地无法复现,不能Debug,由于问题点不在业务代码,也不能通过加日志的方式来Debug

这时候可以祭出神器Arthas了

Arthas分析问题

Arthas

是Alibaba开源的Java诊断工具,深受开发者喜爱。

当你遇到以下类似问题而束手无策时,Arthas可以帮助你解决:

这个类从哪个 jar 包加载的?为什么会报各种类相关的 Exception?我改的代码为什么没有执行到?难道是我没 commit?分支搞错了?遇到问题无法在线上 debug,难道只能通过加日志再重新发布吗?线上遇到某个用户的数据处理有问题,但线上同样无法 debug,线下无法重现!是否有一个全局视角来查看系统的运行状况?有什么办法可以监控到JVM的实时运行状态?

上面是Arthas的官方简介,这次我只需要用他的一个小功能trace。动态计算方法调用路径和时间,这样我就可以定位时间在哪个地方被消耗了。

trace 方法内部调用路径,并输出方法路径上的每个节点上耗时

trace 命令能主动搜索 class-pattern/method-pattern 对应的方法调用路径,渲染和统计整个调用链路上的所有性能开销和追踪调用链路。

有了神器,那么该追踪什么方法呢?由于我对Tomcat源码不是很熟,所以只能从spring mvc下手,先来trace一下spring mvc的入口:

本次调用,调用端时间花费115ms,但是从arthas trace上看,spring mvc只消耗了18ms,那么剩下的97ms去哪了呢?

本地测试后已经可以排除spring mvc的问题了,最后也是唯一可能出问题的点就是tomcat

可是本人并不熟悉tomcat中的源码,就连请求入口都不清楚,tomcat里需要trace的类都不好找。。。

不过没关系,有神器Arthas,可以通过stack命令来反向查找调用路径,以org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet作为参数:

stack 输出当前方法被调用的调用路径

很多时候我们都知道一个方法被执行,但这个方法被执行的路径非常多,或者你根本就不知道这个方法是从那里被执行了,此时你需要的是 stack 命令。

从stack日志上可以很直观的看出DispatchServlet的调用栈,那么这么长的路径,该trace哪个类呢(这里跳过spring mvc中的过滤器的trace过程,实际排查的时候也trace了一遍,但这诡异的时间消耗不是由这里过滤器产生的)?有一定经验的老司机从名字上大概也能猜出来从哪里下手比较好,那就是org.apache.coyote.http11.Http11Processor.service,从名字上看,http1.1处理器,这可能是一个比较好的切入点。下面来trace一下:

日志里有一个129ms的耗时点(时间比没开arthas的时候更长是因为arthas本身带来的性能消耗,所以生产环境小心使用),这个就是要找的问题点。

打问题点找到了,那怎么定位是什么导致的问题呢,又如何解决呢?

继续trace吧,细化到具体的代码块或者内容。trace由于性能考虑,不会展示所有的调用路径,如果调用路径过深,只有手动深入trace,原则就是trace耗时长的那个方法:


一段无聊的手动深入trace之后………………

发现了一个值得暂停思考的点:

这行代码加载了31次,一共耗时74ms;从名字上看,应该是tomcat加载jar包时的耗时,那么是加载了31个jar包的耗时,还是加载了jar包内的某些资源31次耗时呢?

TomcatJarInputStream这个类源码的注释写到:

The purpose of this sub-class is to obtain references to the JarEntry objects for META-INF/ and META-INF/MANIFEST.MF that are otherwise swallowed by the JarInputStream implementation.

大概意思也就是,获取jar包内META-INF/,META-INF/MANIFEST的资源,这是一个子类,更多的功能在父类JarInputStream里。

其实看到这里大概也能猜到问题了,tomcat加载jar包内META-INF/,META-INF/MANIFEST的资源导致的耗时,至于为什么连续请求不会耗时,应该是tomcat的缓存机制(下面介绍源码分析)

不着急定位问题,试着通过Arthas最终定位问题细节,继续手动深入trace

从方法名上看,还是加载资源之类的意思。都已经到jdk源码了,这时候来看一下TomcatJarInputStream这个类的源码:

这个createZipEntry有个name参数,从注释上看,是jar/zip文件名,如果能得到文件名这种关键信息,就可以直接定位问题了;还是通过Arthas,使用watch命令,动态监测方法调用数据

watch方法执行数据观测

让你能方便的观察到指定方法的调用情况。能观察到的范围为:返回值、抛出异常、入参,通过编写 OGNL 表达式进行对应变量的查看。

watch 该方法的入参

这下直接看到了具体加载的资源名,这么熟悉的名字:swagger-ui,一个国外的rest接口文档工具,又有国内开发者基于swagger-ui做了一套spring mvc的集成工具,通过注解就可以自动生成swagger-ui需要的接口定义json文件,用起来还比较方便,就是侵入性较强。


删除swagger的jar包后问题,诡异的70+ms就消失了

那么为什么swagger会导致请求耗时呢,为什么每次请求偶读会加载swagger内部的静态资源呢?

其实这是tomcat-embed的一个bug吧,下面详细介绍一下该Bug

Tomcat embed Bug分析&解决

源码分析过程实在太漫长,而且也不是本文的重点,所以就不介绍了, 下面直接介绍下分析结果

顺便贴一张tomcat处理请求的核心类图

图片
image

为什么每次请求会加载Jar包内的静态资源

关键在于org.apache.catalina.mapper.Mapper#internalMapWrapper这个方法,该版本下处理请求的方式有问题,导致每次都校验静态资源。

为什么连续请求不会出现问题

因为Tomcat对于这种静态资源的解析是有缓存的,优先从缓存查找,缓存过期后再重新解析。具体参考org.apache.catalina.webresources.Cache,默认过期时间ttl是5000ms。

为什么本地不会复现

其实确切的说,是通过spring-boot打包插件后不能复现。由于启动方式的不同,tomcat使用了不同的类去处理静态资源,所以没问题

如何解决

升级tomcat-embed版本即可

当前出现Bug的版本为:

spring-boot:2.0.2.RELEASE,内置的tomcat embed版本为8.5.31

升级tomcat embed版本至8.5.40+即可解决此问题,新版本已经修复了

通过替换springboot pom properties方式

如果项目是maven是继承的springboot,即parent配置为springboot的,或者dependencyManagement中import spring boot包的

pom中直接覆盖properties即可:

升级spring boot版本

springboot 2.1.0.RELEASE中的tomcat embed版本已经大于8.5.31了,所以直接将springboot升级至该版本及以上版本就可以解决此问题

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