找bug记（1）

上周在线上系统发现了两个bug，值得记录下查找的过程和原因。以后如果还有查找bug比较有价值的经历，我也会继续分享。
第一个bug的起始，是在线上日志发现一个频繁打印的异常——java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException。但是却没有堆栈，只有一行一行的ArrayIndexOutOfBoundsException。没有堆栈，不知道异常是从什么地方抛出来的，也就不能找到问题的根源，更谈不上解决。题外，工程师在用log4j记录错误异常的时候，我看到很多人这样用（假设e是异常对象）：
log.error("发生错误:"+e);
或者：
log.error("发生错误:"+e.getMessage());    这样的写法是不对，只记录了异常的信息，而没有将堆栈输出到日志，正确的写法是利用error的重载方法：
log.error("xxx发生错误",e);
这样才能在日志中完整地输出异常堆栈来。如何写好日志是另一个话题，这里不展开。继续我们的找bug经历。刚才提到，我们线上日志一直出现一行错误信息ArrayIndexOutOfBoundsException却没有堆栈，是我们没有正确地写日志吗？检查代码不是的，这个问题其实是跟JDK5引入的一个新特性有关，对于一些频繁抛出的异常，JDK为了性能会做一个优化，在JIT重新编译后会抛出没有堆栈的异常。在使用server模式的时候，这个优化是开启的，我们的服务器跑在server模式下并且jdk版本是6，因此在频繁抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常一段时间后优化开始起作用，只抛出没有堆栈的异常信息了。

那么怎么解决这个问题呢？因为这个优化是在JIT重新编译后才起作用，因此一开始抛出异常的时候还是有堆栈的，所以可以查看较旧的日志，寻找有完整堆栈的异常信息。但是由于我们的日志太大，会定期删除，我们的服务器也启动了很长时间，因此查找日志不是很靠谱的方法。
另一个解决办法是暂时禁用这个优化，强制要求每次都要抛出有堆栈的异常。幸好JDK提供了选项来关闭这个优化，配置JVM参数
-XX:-OmitStackTraceInFastThrow    就可以禁止这个优化（注意选项中的减号，加号是启用）。

我们找了台机器，配置了这个参数并重启一下。过了一会就找到问题所在，堆栈类似这样
Caused by: java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: -1831238
at sun.util.calendar.BaseCalendar.getCalendarDateFromFixedDate(BaseCalendar.java:436)
at java.util.GregorianCalendar.computeFields(GregorianCalendar.java:2081)
at java.util.GregorianCalendar.computeFields(GregorianCalendar.java:1996)
at java.util.Calendar.setTimeInMillis(Calendar.java:1109)
at java.util.Calendar.setTime(Calendar.java:1075)
at java.text.SimpleDateFormat.format(SimpleDateFormat.java:876)
at java.text.SimpleDateFormat.format(SimpleDateFormat.java:869)
at java.text.DateFormat.format(DateFormat.java:316)
读者肯定猜到了，这个问题是由于SimpleDateFormat的误用引起的。SimpleDateFormat的javadoc中有这么句话：
Date formats are not synchronized. It is recommended to create separate format instances for each thread.
If multiple threads access a format concurrently, it must be synchronized externally.
但是很悲剧的是这句话是放在整个doc的最后面，在我看来，这句话应该放在最前面才对。简单来说就是SimpleDateFormat不是线程安全的，你要么每次都new一个来用，要么做加锁来同步使用。

出问题的代码就是由于工程师认为SimpleDateFormat的创建代价很高，然后搞了个map做缓存，所有线程共用这个instance做format，同时没有做同步。悲剧就诞生了。
这里就引出我想提到的第二点问题，在使用一个类或者方法的时候，最好能详细地看下该类的javadoc，JDK的javadoc是做的非常好的，javadoc除了做说明之外，通常还会给示例，并且会点出一些关键问题，如线程安全性和平台移植性。

最后，我将做个测试，到底在使用SimpleDateFormat怎么做才是最好的方式？假设我们要实现一个formatDate方法将日期格式化成"yyyy-MM-dd"的格式。
第一个方法是每次使用都创建一个instance，并调用format方法：
public static String formatDate1(Date date) {
SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
return format.format(date);
}

第二个方法是只创建一个instance，但是在调用方法的时候做同步：
private static final SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");

public static synchronized String formatDate2(Date date) {
return formatter.format(date);
}
第三个方法比较特殊，我们为每个线程都缓存一个instance，存放在ThreadLocal里，使用的时候从ThreadLocal里取就可以了:
private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatCache = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {

@Override
protected SimpleDateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
}

};

public static String formatDate3(Date date) {
SimpleDateFormat format = formatCache.get();
return format.format(date);
}
然后我们测试下三个方法并发调用下的性能并做一个比较，并发100个线程循环调用1000万次，记录耗时。我们设置了JVM参数：
-Xmx512m -XX:CompileThreshold=10000    设置堆最大为512M，设置当一个方法被调用1万次的时候就被JIT编译。测试的结果如下：

(单位：毫秒）

从结果来看，方法1最慢，方法3最快，但是就算是最慢的方法1也可以达到每秒钟200 20万次的调用量，很少有系统能达到这个量级。这个点很难成为你系统的瓶颈所在。从我的角度出发，我会建议你用方法1或者方法2，如果你追求那么一点性能提升的话，可以考虑用方法3，也就是用ThreadLocal做缓存。

总结下本文找bug经历想表达的几点想法：
（1）正确地打印错误日志
（2）在server模式下，最好都设置-XX:-OmitStackTraceInFastThrow
（3）使用类或者方法的时候，最好能详细阅读下javadoc，很多问题都能找到答案
（4）使用SimpleDateFormat的时候要注意线程安全性，要么每次new，要么做同步，两者的性能有差距，但是这个差距很难成为你的性能瓶颈。

下篇文章我再分享另一个bug的查找经历，也是比较有趣，可以看到一些工具的使用。