理解 JVM 如何使用 Windows 和 Linux 上的本机内存（4）调试方法和技术

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当出现 java.lang.OutOfMemoryError 或看到有关内存不足的错误消息时，要做的第一件事是确定哪种类型的内存被耗尽。最简单的方式是首先检查 Java 堆是否被填满。如果 Java 堆未导致 OutOfMemory 条件，那么您应该分析本机堆使用情况。
检查 Java 堆检查堆使用情况的方法因 Java 实现不同而异。在 Java 5 和 6 的 IBM 实现上，当抛出 OutOfMemoryError 时会生成一个 javacore 文件来告诉您。javacore 文件通常在 Java 进程的工作目录中生成，以 javacore.日期.时间.pid.txt 的形式命名。如果您在文本编辑器中打开该文件，可以看到以下信息：

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0SECTION       MEMINFO subcomponent dump routine NULL           ================================= 1STHEAPFREE    Bytes of Heap Space Free: 416760 1STHEAPALLOC   Bytes of Heap Space Allocated: 1344800

这部分信息显示在生成 javacore 时有多少空闲的 Java 堆。注意，显示的值为十六进制格式。如果因为分配条件不满足而抛出了 OutOfMemoryError 异常，则 GC 轨迹部分会显示如下信息：

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1STGCHTYPE     GC History   3STHSTTYPE     09:59:01:632262775 GMT j9mm.80 -   J9AllocateObject() returning NULL! 32 bytes requested for object of class 00147F80

J9AllocateObject() returning NULL! 意味着 Java 堆分配例程未成功完成，并且将抛出 OutOfMemoryError。
也可能由于垃圾收集器运行太频繁（意味着堆被填满了并且 Java 应用程序的运行速度将很慢或停止运行）而抛出 OutOfMemoryError。在这种情况下，您可能想要 Heap Space Free 值非常小，GC 轨迹将显示以下消息之一：

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1STGCHTYPE     GC History   3STHSTTYPE     09:59:01:632262775 GMT j9mm.83 -     Forcing J9AllocateObject() to fail due to excessive GC

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1STGCHTYPE     GC History   3STHSTTYPE     09:59:01:632262775 GMT j9mm.84 -     Forcing J9AllocateIndexableObject() to fail due to excessive GC

当 Sun 实现耗尽 Java 堆内存时，它使用异常消息来显示它耗尽的是 Java 堆：

1	Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

IBM 和 Sun 实现都拥有一个详细的 GC 选项，用于在每个 GC 周期生成显示堆填充情况的跟踪数据。此信息可使用工具（比如 IBM Monitoring and Diagnostic Tools for Java - Garbage Collection and Memory Visualizer (GCMV)）来分析，以显示 Java 堆是否在增长（参见 ）。
测量本机堆使用情况如果您确定内存耗尽情况不是由 Java 堆耗尽引起的，那么下一步就是分析您的本机内存使用情况。
Windows 提供的 PerfMon 工具可用于监控和记录许多操作系统和进程指标，包括本机内存使用（参见 ）。它允许实时跟踪计数器，或将其存储在日志文件中以供离线查看。使用 Private Bytes 计数器显示总体地址空间使用情况。如果显示值接近于用户空间的限制（前面已经讨论过，介于 2 到 3GB 之间），您应该会看到本机内存耗尽情况。
Linux 没有类似于 PerfMon 的工具，但是它提供了几个替代工具。命令行工具（比如 ps、top 和 pmap）能够显示应用程序的本机内存占用情况。尽管获取进程内存使用情况的实时快照非常有用，但通过记录内存随时间的使用情况，您能够更好地理解本机内存是如何被使用的。为此，能够采取的一种方式是使用 GCMV。
GCMV 最初编写用于分析冗长的 GC 日志，允许用户在调优垃圾收集器时查看 Java 堆使用情况和 GC 性能的变化。GCMV 后来进行了扩展，支持分析其他数据源，包括 Linux 和 AIX 本机内存数据。GCMV 是作为 IBM Support Assistant (ISA) 的插件发布的。
要使用 GCMV 分析 Linux 本机内存配置文件，您首先必须使用脚本收集本机内存数据。GCMV 的 Linux 本机内存分析器通过根据时间戳隔行扫描的方式，读取 Linux ps 命令的输出。GCMV 提供了一个脚本来帮助以正确形式记录收集数据。要找到该脚本：

• 下载并安装 ISA Version 4（或更高版本），然后安装 GCMV 工具插件。
• 启动 ISA。
• 从菜单栏单击 Help >> Help Contents，打开 ISA 帮助菜单。
• 在左侧窗格的 Tool:IBM    Monitoring and Diagnostic Tools for Java - Garbage Collection and Memory Visualizer    >> Using the Garbage Collection and Memory Visualizer >> Supported Data    Types >> Native memory >> Linux native memory 下找到 Linux 本机内存说明。

图 5 显示了该脚本在 ISA 帮助文件中的位置。如果您的帮助文件中没有 GCMV Tool 条目，很可能是因为您没有安装 GCMV 插件。
图 5. Linux 本机内存数据捕获脚本在 ISA 帮助对话框中的位置GCMV 帮助文件中提供的脚本使用的 ps 命令仅适用于最新的 ps 版本。在一些旧的 Linux 分发版中，帮助文件中的命令将会生成错误信息。要查看您的 Linux 分发版上的行为，可以尝试运行 ps -o pid,vsz=VSZ,rss=RSS。如果您的 ps 版本支持新的命令行参数语法，那么得到的输出将类似于：

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PID    VSZ   RSS 5826   3772  1960 5675   2492   760

如果您的 ps 版本不支持新语法，得到的输出将类似于：

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PID VSZ,rss=RSS 5826        3772 5674        2488

如果您在一个较老的 ps 版本上运行，可以修改本机内存脚本，将      

1	ps -p $PID -o pid,vsz=VSZ,rss=RSS

行替换为

1	ps -p $PID -o pid,vsz,rss

将帮助面板中的脚本复制到一个文件中（在本例中名为 memscript.sh），找到您想要监控的 Java 进程的进程 ID (PID)（本例中为 1234）并运行：

1	./memscript.sh 1234 > ps.out

这会把本机内存日志写入到 ps.out 中。要分析内存使用情况：

• 在 ISA 中，从 Launch Activity 下拉菜单选择 Analyze Problem。
• 选择接近 Analyze Problem 面板顶部的 Tools 标签。
• 选择 IBM Monitoring and Diagnostic Tools for Java - Garbage Collection and Memory Visualizer.
• 单击接近工具面板底部的 Launch 按钮。
• 单击 Browse 按钮并找到日志文件。单击 OK 启动 GCMV。

一旦您拥有了本机内存随时间的使用情况的配置文件，您需要确定是存在本机内存泄漏，还是在尝试在可用空间中做太多事情。即使对于运行良好的 Java 应用程序，其本机内存占用也不是从启动开始就一成不变的。一些 Java 运行时系统（尤其是 JIT 编译器和类加载器）会不断初始化，这会消耗本机内存。初始化增加的内存将高居不下，但是如果初始本机内存占用接近于地址空间的限制，那么仅这个前期阶段就足以导致本机内存耗尽。图 6 给出了一个 Java 压力测试示例中的 GCMV 本机内存使用情况，其中突出显示了前期阶段。
图 6. GCMV 的 Linux 本机内存使用示例，其中显示了前期阶段本机内存占用也可能应工作负载不同而异。如果您的应用程序创建了较多进程来处理传入的工作负载，或者根据应用于系统的负载量按比例分配本机存储（比如直接 ByteBuffer），则可能由于负载过高而耗尽本机内存。
由于 JVM 前期阶段的本机内存增长而耗尽本机内存，以及内存使用随负载增加而增加，这些都是尝试在可用空间中做太多事情的例子。在这些场景中，您的选择是：

• 减少本机内存使用。缩小 Java 堆大小是一个好的开端。
• 限制本机内存使用。如果您的本机内存随负载增加而增加，可以采取某种方式限制负载或为负载分配的资源。
• 增加可用地址空间。这可以通过以下方式实现：调优您的操作系统（例如，在 Windows 上使用 /3GB 开关增加用户空间，或者在 Linux 上使用庞大的内核空间），更换平台（Linux 通常拥有比 Windows 更多的用户空间），或者 。

一种实际的本机内存泄漏表现为本机堆的持续增长，这些内存不会在移除负载或运行垃圾收集器时减少。内存泄漏程度因负载不同而不同，但泄漏的总内存不会下降。泄漏的内存不可能被引用，因此它可以被交换出去，并保持被交换出去的状态。
当遇到内存泄漏时，您的选择很有限。您可以增加用户空间（这样就会有更多的空间供泄漏），但这仅能延缓最终的内存耗尽。如果您拥有足够的物理内存和地址空间，并且会在进程地址空间耗尽之前重启应用程序，那么可以允许地址空间继续泄漏。