Java 11应用自动装箱触发Long缓存返回错误值问题求助

已经排查到的确定信息 #

• 异常出在原生long自动装箱返回的缓存对象上，问题点位为Long类内部的LongCache静态数组
• 该缓存仅在类加载阶段通过静态代码块初始化填充-127到128区间的Long对象，无公开可调用的更新接口
• 运行一段时间后出现缓存值错位，重启后恢复正常，不存在持久化存储的异常写入路径
• 当前观测到的错位特征为：连续两个缓存索引位置的存储值出现单值覆盖，和初始化预期值偏移量极小

线上实际遇到过同类问题的常见触发场景 #

• 绕过访问控制的内存误写
  只要拿到类静态字段的内存偏移，完全可以通过Unsafe、反射API直接修改静态数组的元素值，根本不需要类本身开放setter接口。很多涉及内存操作的第三方组件，在并发场景下如果地址计算出现偏差，很容易误写相邻内存段，刚好命中LongCache的存储位置，这类问题在旧版本序列化框架、字节码增强工具、AOP框架的历史bug里出现过很多次。
• JNI代码边界校验缺失导致的越界写
  如果应用集成了带内存操作的JNI逻辑，没有严格做数组边界校验，运行时的内存写入会直接覆盖相邻的静态内存区域。当前观测到的连续两个索引位置被同一个值覆盖，完全符合越界写单次赋值的特征。
• JIT优化生成的机器码偏移错误
  Java 11的C2编译器在编译优化阶段，如果遇到依赖内存地址计算的代码片段，在特定触发条件下会生成偏移错误的机器码，运行时执行时直接覆盖相邻的堆内静态存储区。
• 堆外内存映射错位
  应用使用的直接内存、文件映射内存如果出现内存段映射偏移，会把堆内的LongCache静态存储区当成可写的堆外内存段，写入业务数据时直接覆盖原有缓存值。

快速定位的实操方法 #

• 启动后增加定时校验逻辑，固定间隔遍历LongCache数组的所有值，标记首次出现值错位的时间点，对齐该时间点的GC日志、JIT编译日志、JNI调用日志、第三方组件操作记录
• 临时增加JVM参数-XX:-UseCompressedOops重启验证，如果调整后异常不再出现，基本可以确认异常来自内存偏移计算类问题
• 逐一排查应用依赖的涉及Unsafe操作、字节码增强、序列化的第三方组件版本，核对是否存在Java 11环境下的已知内存越界缺陷

内容的提问来源于stack exchange，提问作者henryjin