调整COSWriter解决X-easypdf / PDFBOX生成大量数据时OOM问题

背景

业务需要生成一个15W数据左右的PDF交易报表。希望我们写在一个文件里，不拆分成多个PDF文件。

使用的技术组件

        <dependency>
            <groupId>wiki.xsx</groupId>
            <artifactId>x-easypdf-pdfbox</artifactId>
            <version>2.11.10</version>
        </dependency>

生成PDF方法

testPDF: 使用xeasypdf实现未做修改

testDynamicPdf: 使用了修改后的方法实现

package wiki.xsx.core.pdf.doc;

import org.junit.Test;
import wiki.xsx.core.pdf.component.table.XEasyPdfCell;
import wiki.xsx.core.pdf.component.table.XEasyPdfRow;
import wiki.xsx.core.pdf.component.table.XEasyPdfTable;
import wiki.xsx.core.pdf.component.text.XEasyPdfText;
import wiki.xsx.core.pdf.handler.XEasyPdfHandler;
import wiki.xsx.core.pdf.mark.XEasyPdfWatermark;

public class XEasyPdfDynamicTest {

    public static final int GENERATE_PAGE = 10000;

    @Test
    //原生办法，最好别执行，会内存溢出。
    public void testPdf() {
        // 定义pdf输出路径
        String outputPath = "D://out.pdf";

        XEasyPdfText titleText = XEasyPdfHandler.Text.build("明细");
        titleText.setHorizontalStyle(XEasyPdfPositionStyle.CENTER);
        titleText.setFontSize(32);
        titleText.setMarginTop(15);
        XEasyPdfWatermark watermark = XEasyPdfHandler.Watermark.build("账单");
        // 如果需要动态加Page，需要使用定制的对象；
        XEasyPdfDocument document = XEasyPdfHandler.Document.build();
        document.setGlobalHeader(XEasyPdfHandler.Header.build(titleText));
        document.setGlobalWatermark(watermark);

        int[] cellWidth = {130, 80, 80, 262};

        for (int current = 0; current < GENERATE_PAGE; current++) {
            XEasyPdfPage xEasyPdfPage = generatePage(current, cellWidth);
            document.addPage(xEasyPdfPage);
        }
        document.save(outputPath).close();
    }

    @Test
    public void testDynamicPdf() {
        // 定义pdf输出路径
        String outputPath = "D://out.pdf";

        XEasyPdfText titleText = XEasyPdfHandler.Text.build("明细");
        titleText.setHorizontalStyle(XEasyPdfPositionStyle.CENTER);
        titleText.setFontSize(32);
        titleText.setMarginTop(15);
        XEasyPdfWatermark watermark = XEasyPdfHandler.Watermark.build("账单");
        // 如果需要动态加Page，需要使用定制的对象；
        XEasyPdfDynamicPdfDocument document = new XEasyPdfDynamicPdfDocument();
        document.setGlobalHeader(XEasyPdfHandler.Header.build(titleText));
        document.setGlobalWatermark(watermark);

        int[] cellWidth = {130, 80, 80, 262};

        for (int current = 1; current <= GENERATE_PAGE; current++) {
            XEasyPdfPage xEasyPdfPage = generatePage(current, cellWidth);
            document.addPage(xEasyPdfPage);
            if (current % 100 == 0) {
                document.flush();
            }
        }
        document.dynamicSave(outputPath, new XEasyPdfDynamicPage(10000, document)).close();
    }

    public static XEasyPdfPage generatePage(long current, int[] cellWidth) {
        // 这里构建一下页数；
        XEasyPdfTable table = XEasyPdfHandler.Table.build();
        XEasyPdfPage page = XEasyPdfHandler.Page.build();

        table.setMarginTop(30);
        table.setMarginLeft(20);
        table.enableCenterStyle();

        XEasyPdfRow headRow = XEasyPdfHandler.Table.Row.build();
        XEasyPdfCell headCell1 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[0]);
        headCell1.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("卡号"));
        XEasyPdfCell headCell2 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[1]);
        headCell2.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("下标"));
        XEasyPdfCell headCell3 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[2]);
        headCell3.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("金额"));
        XEasyPdfCell headCell4 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[3]);
        headCell4.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("描述"));
        headRow.addCell(headCell1, headCell2, headCell3, headCell4);

        table.addRow(headRow);
        page.addComponent(table);
        for (int i = 0; i < 14; i++) {
            // 14行一页；
            XEasyPdfRow row = XEasyPdfHandler.Table.Row.build();
            row.setHeight(50);
            XEasyPdfCell cell1 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[0]);
            cell1.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("123456"));
            XEasyPdfCell cell2 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[1]);
            cell2.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("j-" + current + ":i-" + i));
            XEasyPdfCell cell3 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[2]);
            cell3.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("20.1"));
            XEasyPdfCell cell4 = XEasyPdfHandler.Table.Row.Cell.build(cellWidth[3]);
            cell4.addContent(XEasyPdfHandler.Text.build("说明"));
            row.addCell(cell1, cell2, cell3, cell4);
            table.addRow(row);
        }
        return page;
    }
}

testPdf执行情况

Exception in thread "RMI TCP Connection(idle)" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at java.base/java.security.AccessController.wrapException(AccessController.java:828)
	at java.base/java.security.AccessController.doPrivileged(AccessController.java:716)
	at java.rmi/sun.rmi.transport.Transport.serviceCall(Transport.java:196)
	at java.rmi/sun.rmi.transport.tcp.TCPTransport.handleMessages(TCPTransport.java:587)
	at java.rmi/sun.rmi.transport.tcp.TCPTransport$ConnectionHandler.run0(TCPTransport.java:828)
	at java.rmi/sun.rmi.transport.tcp.TCPTransport$ConnectionHandler.lambda$run$0(TCPTransport.java:705)
	at java.rmi/sun.rmi.transport.tcp.TCPTransport$ConnectionHandler$$Lambda$176/0x000001bb3a9bd290.run(Unknown Source)
	at java.base/java.security.AccessController.executePrivileged(AccessController.java:776)
	at java.base/java.security.AccessController.doPrivileged(AccessController.java:399)
	at java.rmi/sun.rmi.transport.tcp.TCPTransport$ConnectionHandler.run(TCPTransport.java:704)
	at java.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1136)
	at java.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:635)
	at java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:833)

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
11月 16, 2023 4:15:07 下午 org.apache.pdfbox.cos.COSDocument finalize
警告: Warning: You did not close a PDF Document

Process finished with exit code -1

从JVM监控可以看出CPU与内存占用会随着PDF文件写入而逐渐增大。【很正常，因为他无法释放内存】

testDynamicPdf运行情况

源代码

基于源码fork的仓库地址【源码我没权限改，所以fork了一个】：

x-easypdf: 一个用搭积木的方式构建pdf的框架（基于pdfbox/fop）https://gitee.com/crazyAsm/x-easypdf分支：FEATURE_Dynamic_Generate

OOM原因

超过1万页的数据，使用原版的COSWriter类会占用大量内存。

COSWriter在写文件时，会使用doWriterBody方法写入PDF的基础信息。如下：

protected void doWriteBody(COSDocument doc) throws IOException
    {
        COSDictionary trailer = doc.getTrailer();
        COSDictionary root = trailer.getCOSDictionary(COSName.ROOT);
        COSDictionary info = trailer.getCOSDictionary(COSName.INFO);
        COSDictionary encrypt = trailer.getCOSDictionary(COSName.ENCRYPT);
        if( root != null )
        {
            addObjectToWrite( root );
        }
        if( info != null )
        {
            addObjectToWrite( info );
        }

        doWriteObjects();
        willEncrypt = false;
        if( encrypt != null )
        {
            addObjectToWrite( encrypt );
        }

        doWriteObjects();
    }

可以看到会写入的信息有root、基础信息、与加密信息【因为这个不咋占内存，这里就不展开说明了】；然后会执行doWriteObjects()；

第一次写入时可以看出，写的是Type\Version\Page\MetaData这四个信息；

分别对应PDF文件内容的Type\Version\Page\MetaData：f

根据PDF的规则，实际Page栏的4 0 R 代表第一页对应内容在4 0 obj 位置，有多少页Page就会有多少个引用键。4 0 obj 对应的是第一页的内容，内容又是由一堆引用键组成的。COSWriter的问题也就在这里，只要页数够大，内容够多，这里就会占用大量内存。

解决思路

既然内存占用原因是写入时在内存中存放了太多的内容，那么解决思路也就很容易得出来：一页一页写就行了。

因为我用的事X-EasyPdf 所以基于这个改造了一下。【源码自己看下git仓库吧】

XEasyPdfDynamicCOSWriter：基于COSWriter改造的类目的：在doWriteObjet时，动态加载Page并写入；
XEasyPdfDynamicPage：动态页的实现，结合XEasyPDFDocument的flush方法，借助临时文件增量写页内容。
XEasyPdfDynamicPdfDocument：增加了个实现，写文件改用XEasyPdfDynamicCOSWriter类。