详解Native Memory Tracking之追踪

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详解Native Memory Tracking之追踪

2025-01-07 00:08

在Java HotSpot 虚拟机（JVM）中，Native Memory Tracking（NMT）是一种强大的工具，用于追踪和分析Java应用程序的本地内存使用情况。通过NMT，开发人员可以有效地定位和解决内存泄漏、内存溢出等与本地内存相关的问题，从而优化应用性能和稳定性。?? 什么是 Native Memory Tracking（NMT）？

                                            





在Java HotSpot 虚拟机（JVM）中，Native Memory Tracking（NMT）是一种强大的工具，用于追踪和分析Java应用程序的本地内存使用情况。通过NMT，开发人员可以有效地定位和解决内存泄漏、内存溢出等与本地内存相关的问题，从而优化应用性能和稳定性。??




什么是 Native Memory Tracking（NMT）？


NMT 是JVM提供的一种内置功能，用于监控和分析Java应用程序在运行过程中使用的本地内存。不同于Java堆内存，本地内存指的是JVM在操作系统层面分配的内存，包括类元数据、线程栈、直接内存等。NMT通过详细记录这些内存区域的使用情况，帮助开发人员深入了解应用的内存分配和消耗，从而进行有针对性的优化。




NMT 追踪的内存区域 ?


NMT 可以追踪和分析以下几个主要的本地内存区域：


    

  1. 类元数据区域（Class Metadata）：

      

    • 存储Java类的元数据，如类名称、字段、方法等信息。
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    • 随着应用加载的类数量增加，类元数据的内存消耗也会相应增加。
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    2. 

  2. 线程栈区域（Thread Stacks）：

      

    • 包含Java线程的栈空间，用于保存方法调用和局部变量。
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    • 每个线程都有自己的栈，线程数量的增加会导致栈内存的整体消耗上升。
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    3. 

  3. 堆区域（Heap）：

      

    • Java堆内存用于对象的分配和垃圾回收。
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    • 虽然NMT主要用于本地内存，但堆内存的管理对整体内存使用有重要影响。
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  4. 虚拟机区域（JVM）：

      

    • 包含JVM自身的内存使用情况，如代码缓存、字节码解释器等。
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    • 这些区域的优化对于提升JVM的性能至关重要。
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    5. 





启用 NMT ?️


要使用NMT，需要在启动Java应用程序时添加特定的JVM参数。以下是启用NMT的详细步骤：


1. 设置 NMT 参数


在启动Java应用程序时，添加以下JVM参数以启用NMT：


-XX:NativeMemoryTracking=summary -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions
​


解释：


    

  • -XX:NativeMemoryTracking=summary
    启用NMT，并设置跟踪模式为 summary，仅生成摘要数据。如果需要更详细的信息，可以将 summary替换为 detail。
    • 

  • -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions
    解锁诊断VM选项，允许使用NMT等高级诊断工具。
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2. 启动Java应用程序


例如，启动一个名为 MyApp.jar的Java应用程序：


java -XX:NativeMemoryTracking=summary -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -jar MyApp.jar
​


解释：


    

  • -jar MyApp.jar
    指定要运行的Java应用程序。
    • 





使用 jcmd 工具分析 NMT 数据 ?


jcmd 是JDK自带的一个命令行工具，用于与运行中的Java进程交互。通过jcmd，可以生成和分析NMT的内存跟踪数据。


1. 获取Java进程的PID


首先，查找要分析的Java进程的PID（进程ID）：


jps -l
​


解释：


    

  • jps -l
    列出所有Java进程及其完整类名，便于识别目标进程。
    • 



2. 生成NMT摘要报告


使用jcmd生成NMT的摘要报告：


jcmd <PID> VM.native_memory summary
​


示例：


jcmd 12345 VM.native_memory summary
​


解释：


    

  • <PID>
    替换为目标Java进程的实际PID。
    • 

  • VM.native_memory summary
    指示JVM生成本地内存的摘要报告。
    • 



3. 分析NMT报告 ?


生成的NMT摘要报告将显示各个内存区域的使用情况，包括：


    

  • Total：总的本地内存使用量。
    • 

  • Java Heap：Java堆内存使用量。
    • 

  • Class：类元数据区域的内存使用量。
    • 

  • Thread：线程栈区域的内存使用量。
    • 

  • Code：JVM代码缓存的内存使用量。
    • 

  • GC：垃圾回收相关的内存使用量。
    • 

  • Compiler：编译器相关的内存使用量。
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  • Internal：JVM内部使用的内存量。
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  • Symbol：符号表的内存使用量。
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  • Native Memory：其他本地内存使用情况。
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通过对比不同时间点的NMT报告，可以识别出内存使用的异常增长，从而定位潜在的内存泄漏或溢出问题。




实践中的 NMT 应用案例 ?


案例一：检测类元数据泄漏


    

  1. 场景描述：应用在长时间运行后，类元数据区域的内存使用量持续增长，最终导致内存溢出。
    2. 

  2. 解决步骤：

      

    • 启用NMT并生成多个时间点的摘要报告。
      • 

    • 通过比较报告，确认类元数据区域的内存增长趋势。
      • 

    • 检查应用是否存在频繁加载和卸载类的情况，可能需要优化类加载机制或减少动态生成类的使用。
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    3. 



案例二：优化线程栈内存


    

  1. 场景描述：高并发应用启动大量线程，导致线程栈区域的内存消耗过大。
    2. 

  2. 解决步骤：

      

    • 使用NMT监控线程栈内存的使用情况。
      • 

    • 根据应用需求，调整JVM的线程栈大小参数（如 -Xss），以优化内存使用和性能。
      • 

    • 考虑使用线程池等机制，减少线程的创建和销毁频率。
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注意事项 ⚠️


    

  • 性能开销：启用NMT会对JVM性能产生一定的影响，特别是在 detail模式下。因此，建议在生产环境中谨慎使用，或在非高峰时段进行内存分析。
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  • 权限要求：使用jcmd工具需要具有足够的权限访问目标Java进程，通常需要与进程所有者相同的用户权限。
    • 

  • 数据解释：NMT报告提供了大量的内存使用细节，正确解读这些数据需要对JVM内存结构有深入理解。
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总结 ?


通过Native Memory Tracking（NMT），开发人员可以全面了解Java应用程序在本地内存中的消耗情况，有效定位和解决内存相关的问题。启用NMT、使用jcmd工具生成和分析内存报告，是优化Java应用性能和稳定性的关键步骤。以下是关键步骤的回顾：


    

  1. 启用NMT：在启动Java应用时添加相关JVM参数。
    2. 

  2. 生成NMT报告：使用jcmd工具获取内存使用摘要。
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  3. 分析内存数据：识别内存使用异常，定位潜在问题。
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  4. 优化应用：根据分析结果，调整代码或配置，优化内存使用。
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