追蹤JVM中的本地內(nèi)存

1.概述

有沒有想過為什么Java應(yīng)用程序通過眾所周知的-Xms和-Xmx調(diào)優(yōu)標(biāo)志消耗的內(nèi)存比指定數(shù)量多得多？出于各種原因和可能的優(yōu)化，JVM可以分配額外的本機(jī)內(nèi)存。這些額外的分配最終會使消耗的內(nèi)存超出-Xmx限制。

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在本教程中，我們將列舉JVM中的一些常見內(nèi)存分配源，以及它們的大小調(diào)整標(biāo)志，然后學(xué)習(xí)如何使用本機(jī)內(nèi)存跟蹤監(jiān)視它們。

2.原生分配

堆通常是Java應(yīng)用程序中最大的內(nèi)存使用者，但還有其他人。除了堆之外，JVM還從本機(jī)內(nèi)存中分配出一個相當(dāng)大的塊來維護(hù)類的元數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序代碼，JIT生成的代碼，內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。在下面的部分中，我們將探討其中的一些分配。

2.1. Metaspace(元空間)

為了維護(hù)有關(guān)已加載類的一些元數(shù)據(jù)，JVM使用名為Metaspace的專用非堆區(qū)域。在Java 8之前，被稱為PermGen或Permanent Generation。 Metaspace或PermGen包含有關(guān)已加載類的元數(shù)據(jù)，而不是它們的實例，它們保存在堆中。

這里重要的是堆大小配置不會影響元空間大小，因為Metaspace是一個堆外數(shù)據(jù)區(qū)。為了限制Metaspace大小，我們使用其他調(diào)優(yōu)標(biāo)志：

-XX：MetaspaceSize和-XX：MaxMetaspaceSize設(shè)置最小和最大元空間大小
在Java 8之前，-XX：PermSize和-XX：MaxPermSize設(shè)置最小和最大PermGen大小
2.2. Threads(線程)
JVM中最耗費(fèi)內(nèi)存的數(shù)據(jù)區(qū)之一是堆棧，與每個線程同時創(chuàng)建。堆棧存儲局部變量和部分結(jié)果，在方法調(diào)用中起著重要作用。
默認(rèn)的線程堆棧大小取決于平臺，但在大多數(shù)現(xiàn)代64位操作系統(tǒng)中，它大約為1 MB。此大小可通過-Xss調(diào)整標(biāo)志進(jìn)行配置。
與其他數(shù)據(jù)區(qū)域相比，當(dāng)對線程數(shù)沒有限制時，分配給堆棧的總內(nèi)存實際上是無限制的。值得一提的是，JVM本身需要一些線程來執(zhí)行其內(nèi)部操作，如GC或即時編譯。
2.3. Code Cache(代碼緩存)
為了在不同平臺上運(yùn)行JVM字節(jié)碼，需要將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令。執(zhí)行程序時，JIT編譯器負(fù)責(zé)此編譯。
當(dāng)JVM將字節(jié)碼編譯為匯編指令時，它會將這些指令存儲在稱為代碼緩存的特殊非堆數(shù)據(jù)區(qū)中?？梢韵窆芾鞪VM中的其他數(shù)據(jù)區(qū)一樣管理代碼緩存。 -XX：InitialCodeCacheSize和-XX：ReservedCodeCacheSize調(diào)整標(biāo)志確定代碼緩存的初始值和可能最大值。
2.4. Garbage Collection(垃圾回收)
JVM附帶了一些GC算法，每個算法適用于不同的用例。所有這些GC算法都有一個共同的特點(diǎn)：他們需要使用一些堆外數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來執(zhí)行他們的任務(wù)。這些內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)消耗更多本機(jī)內(nèi)存。
2.5. Symbols(符號)
讓我們從 Strings 開始，這是應(yīng)用程序和庫代碼中最常用的數(shù)據(jù)類型之一。由于它們無處不在，它們通常占據(jù)堆的很大一部分。如果大量的這些字符串包含相同的內(nèi)容，那么堆的很大一部分將被浪費(fèi)。
為了節(jié)省一些堆空間，我們可以存儲每個 String 的一個版本，并讓其他版本引用存儲的版本。此過程稱為 String Interning 。由于JVM只能內(nèi)部編譯時間字符串常量，我們可以手動調(diào)用字符串的intern方法來獲取內(nèi)部編譯字符串。
JVM將實際存儲的字符串存儲在本機(jī)特殊固定大小并稱為字符串表的哈希表中，也稱為字符串池。我們可以通過-XX：StringTableSize調(diào)整標(biāo)志配置表大?。赐暗臄?shù)量）。
除了字符串表之外，還有另一個稱為運(yùn)行時常量池的本機(jī)數(shù)據(jù)區(qū)域。 JVM使用此池來存儲常量，如編譯時數(shù)字文字或必須在運(yùn)行時解析的方法和字段引用。
2.6. Native Byte Buffers(本地字節(jié)緩沖區(qū))
JVM通常有大量分配本機(jī)內(nèi)存的嫌疑，但有時開發(fā)人員也可以直接分配本機(jī)內(nèi)存。最常見的方法是被JNI調(diào)用的malloc和NIO中可直接調(diào)用的ByteBuffers。
2.7. Additional Tuning Flags(額外的調(diào)整標(biāo)志)
在本節(jié)中，我們針對不同的優(yōu)化方案使用了少量JVM調(diào)優(yōu)標(biāo)志。使用以下提示，我們幾乎可以找到與特定概念相關(guān)的所有調(diào)優(yōu)標(biāo)志：
```
$ java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep <concept>
```
PrintFlagsFinal打印JVM中的所有-XX選項。例如，要查找所有與Metaspace相關(guān)的標(biāo)志：
```
$ java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep Metaspace
    // truncated
    uintx MaxMetaspaceSize                          = 18446744073709547520                    {product}
    uintx MetaspaceSize                             = 21807104                                {pd product}
    // truncated
```
3. 本機(jī)內(nèi)存跟蹤 (NMT)
現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了JVM中本機(jī)內(nèi)存分配的常見來源，現(xiàn)在是時候找出如何監(jiān)視它們了。首先，我們應(yīng)該使用另一個JVM調(diào)優(yōu)標(biāo)志啟用本機(jī)內(nèi)存跟蹤：-XX：NativeMemoryTracking = off | sumary | detail。默認(rèn)情況下，NMT處于關(guān)閉狀態(tài)，但我們可以使其查看其觀察的摘要或詳細(xì)視圖。
假設(shè)我們想要跟蹤典型Spring Boot應(yīng)用程序的本機(jī)分配：
```
$ java -XX:NativeMemoryTracking=summary -Xms300m -Xmx300m -XX:+UseG1GC -jar app.jar
```
在這里，我們在分配300 MB堆空間的同時啟用NMT，G1作為我們的GC算法。
3.1. 實例快照
啟用NMT后，我們可以使用jcmd命令隨時獲取本機(jī)內(nèi)存信息：
```
$ jcmd <pid> VM.native_memory
```
為了找到JVM應(yīng)用程序的PID，我們可以使用jps命令：
```
$ jps -l                    
7858 app.jar // This is our app
7899 sun.tools.jps.Jps
```
現(xiàn)在，如果我們將jcmd與適當(dāng)?shù)膒id一起使用，VM.native_memory會使JVM打印出有關(guān)本機(jī)分配的信息：
```
$ jcmd 7858 VM.native_memory
```
讓我們逐節(jié)分析NMT輸出。
3.2. 總分配
NMT報告全部保留和提交的內(nèi)存如下：
```
Native Memory Tracking:
Total: reserved=1731124KB, committed=448152KB
```
保留內(nèi)存表示我們的應(yīng)用程序可能使用的內(nèi)存總量。相反，提交的內(nèi)存表示我們的應(yīng)用程序現(xiàn)在使用的內(nèi)存量。
盡管分配了300MB的堆，我們的應(yīng)用程序的總預(yù)留內(nèi)存幾乎是1.7 GB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它。類似地，提交的內(nèi)存大約為440 MB，這再次遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過300 MB。
在整體了解之后，NMT報告每個分配源的內(nèi)存分配。所以，讓我們深入探討每個來源。
3.3. Heap(堆)
NMT按我們的預(yù)期報告堆分配：
```
Java Heap (reserved=307200KB, committed=307200KB)
        (mmap: reserved=307200KB, committed=307200KB)
```
300 MB的保留和已提交內(nèi)存，與我們的堆大小設(shè)置相匹配。
3.4. Metaspace（元空間）
這是NMT關(guān)于加載類的元數(shù)據(jù)的報告：
```
Class (reserved=1091407KB, committed=45815KB)
    (classes #6566)
    (malloc=10063KB #8519) 
    (mmap: reserved=1081344KB, committed=35752KB)
```
幾乎保留了1 GB，45 MB保留加載6566個類。
3.5. Thread(線程)
這是關(guān)于線程分配的NMT報告：
```
Thread (reserved=37018KB, committed=37018KB)
     (thread #37)
     (stack: reserved=36864KB, committed=36864KB)
     (malloc=112KB #190) 
     (arena=42KB #72)
```
總共有36 MB的內(nèi)存被分配給37個線程的堆棧 - 每個堆棧大約1 MB。 JVM在創(chuàng)建時將內(nèi)存分配給線程，因此保留和提交的分配是相等的。
3.6. Code Cache(代碼緩沖區(qū))
讓我們看看NMT對JIT生成和緩存的匯編指令的報告：
```
Code (reserved=251549KB, committed=14169KB)
   (malloc=1949KB #3424) 
   (mmap: reserved=249600KB, committed=12220KB)
```
目前，正在緩存大約13 MB的代碼，這個數(shù)量可能會達(dá)到245 MB。
3.7. GC
以下是有關(guān)G1 GC內(nèi)存使用情況的NMT報告：
```
GC (reserved=61771KB, committed=61771KB)
 (malloc=17603KB #4501) 
 (mmap: reserved=44168KB, committed=44168KB)
```
我們可以看到，保留和已提交都接近60 MB，致力于幫助G1。
讓我們來看看更簡單的GC的內(nèi)存使用情況，比如Serial GC：
```
$ java -XX:NativeMemoryTracking=summary -Xms300m -Xmx300m -XX:+UseSerialGC -jar app.jar
```
Serial GC 幾乎使用不到1 MB：
```
GC (reserved=1034KB, committed=1034KB)
 (malloc=26KB #158) 
 (mmap: reserved=1008KB, committed=1008KB)
```
顯然，我們不能僅僅因為其內(nèi)存使用而選擇GC算法，因為串行GC的暫?；厥毡举|(zhì)可能會導(dǎo)致性能下降。但是，還有幾個GC可供選擇，它們各自平衡內(nèi)存和性能。
3.8. Symbol(符號)
以下是有關(guān)符號分配的NMT報告，例如字符串表和常量池：
```
Symbol (reserved=10148KB, committed=10148KB)
     (malloc=7295KB #66194) 
     (arena=2853KB #1)
```
將近10 MB分配給符號。
3.9. 隨著時間的推移的NMT
NMT允許我們跟蹤內(nèi)存分配如何隨時間變化。首先，我們應(yīng)該將應(yīng)用程序的當(dāng)前狀態(tài)標(biāo)記為基線：
```
$ jcmd <pid> VM.native_memory baseline
Baseline succeeded
```
然后，過了一會兒，我們可以將當(dāng)前的內(nèi)存使用情況與該基線（baseline）進(jìn)行比較：
```
$ jcmd <pid> VM.native_memory summary.diff
```
NMT使用+和 - 符號將告訴我們在此期間內(nèi)存使用情況如何變化：
```
Total: reserved=1771487KB +3373KB, committed=491491KB +6873KB
```
Java Heap (reserved=307200KB, committed=307200KB)
(mmap: reserved=307200KB, committed=307200KB)

Class (reserved=1084300KB +2103KB, committed=39356KB +2871KB)
// Truncated



保留和提交的總內(nèi)存分別增加了3 MB和6 MB?？梢院苋菀椎匕l(fā)現(xiàn)內(nèi)存分配的其他波動。

### 3.10. 詳細(xì)的NMT

NMT可以提供非常詳細(xì)的有關(guān)整個存儲空間映射的信息。要啟用此詳細(xì)報告，我們應(yīng)使用 `-XX：NativeMemoryTracking =detail` 信息調(diào)整標(biāo)志。

## 4. 結(jié)束語

在本文中，我們列舉了JVM中本機(jī)內(nèi)存分配的不同使用者。然后，我們學(xué)習(xí)了如何檢查正在運(yùn)行的應(yīng)用程序以監(jiān)視其本機(jī)分配。借助以上這些，我們可以更有效地調(diào)整應(yīng)用程序以及運(yùn)行時環(huán)境的大小。

> 原文：<https://www.baeldung.com/native-memory-tracking-in-jvm>
>
> 作者：[Ali Dehghani](https://www.baeldung.com/author/ali-dehghani/)
>
> 譯者：Emma

文章題目：追蹤JVM中的本地內(nèi)存
URL鏈接：http://bm7419.com/article0/jdeeoo.html

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