【JAVA】深入解析JDK飞行记录器：新时代下的Java本地内存追踪（NMT）
前言
JDK 飞行记录器（JFR）是我在Java平台上最喜欢的工具之一。这个内置在JVM中的低开销事件记录引擎，用于观测Java应用程序的运行特性，并且能帮助识别任何潜在的性能问题。随着新版本的推出，JFR 不断变得更加强大，其中最近的一个新增功能是对本地内存追踪（NMT）的支持。
NMT
本地内存追踪（NMT）本身并不是JVM的一个新功能：它为您提供了对应用程序内存消耗的详细洞察，远远超出了众所周知的Java堆空间。NMT告诉您JVM用于类元数据、线程堆栈、JIT编译器、垃圾回收、内存映射文件等的内存使用量，以及许多其他方面。要了解有关NMT的更多信息，我强热推阅读Brice Dutheil的出色文章《Off-Heap memory reconnaissance》。
以前，您必须使用jcmd命令行工具以特定的方式捕获运行中JVM的值，直到最近，Java 20以来，添加了两种新的JFR事件类型，您可以使用JFR连续记录NMT数据。
这使得持续收集数据并以系统化的方式进行分析变得更加容易。还可以通过JFR事件流将NMT数据的实时流推送给远程客户端，与仪表板和监控解决方案集成。
例子
那么让我们看看通过JFR报告NMT数据的方式。这里有一个简单的示例程序，它使用传统的缓冲区分配了一些堆外内存，然后利用Java 22中的JEP 454特性Foreign Memory API分配（一次性分配4GB的感觉真好，这是之前无法做到的）：
import java.nio.ByteBuffer;
import java.lang.foreign.Arena;
import java.lang.foreign.MemorySegment;
import static java.time.LocalDateTime.now;
public void main() throws Exception {
System.out.println(STR."\{ now() } Started");
Thread.sleep(5000);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024 * 1024);
System.out.println(STR."\{ now() } Allocated (Direct)");
Thread.sleep(5000);
try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {
MemorySegment segment = arena.allocate(4L * 1024L * 1024L * 1024L);
System.out.println(STR."\{ now() } Allocated (FMI)");
Thread.sleep(5000);
}
buffer = null;
System.out.println(STR."\{ now() } Deallocated");
Thread.sleep(5000);
}
JFR默认每秒记录一次NMT事件，因此我在程序中添加了一些sleep()调用，以确保程序运行足够长的时间，使不同的内存分配在时间上有所分散。只是为了好玩，我还使用了JEP 463支持的顶级main方法和JEP 459的字符串模板来编写日志消息。
让我们运行这个示例程序，看看JFR如何跟踪这些堆外内存分配。
有点出乎意料的是，在JFR中，NMT是通过gc设置进行控制的，必须将其设置为"normal"、"detailed"、"high"或"all"以记录NMT数据。
当然，默认的profile JFR配置就能支持，，它们随SDK一起提供，除此之外，必须使用-XX:NativeMemoryTracking JVM选项启用NMT本身：
java --enable-preview --source 22 \
-XX:StartFlightRecording=name=Profiling,filename=nmt-recording.jfr,settings=profile \
-XX:NativeMemoryTracking=detail main.java
[0.316s][info][jfr,startup] Started recording 1. No limit specified, using maxsize=250MB as default.
[0.316s][info][jfr,startup]
[0.316s][info][jfr,startup] Use jcmd 47194 JFR.dump name=Profiling to copy recording data to file.
2023-12-17T18:31:00.475598 Started
2023-12-17T18:31:05.609319 Allocated (Direct)
2023-12-17T18:31:11.167484 Allocated (FMI)
2023-12-17T18:31:16.253059 Deallocated
让我们在JDK Mission Control中打开录制文件，看看我们能发现什么。截至8.3版本，JMC没有专门的视图来显示NMT数据，但NMT事件会显示在通用的事件浏览器视图中。有两种事件类型，第一种是"Total Native Memory Usage"（总本地内存使用）：
这两个堆外内存分配（1 GB的直接字节缓冲区和4 GB的Foreign Memory API）如预期般显示为程序保留和提交内存的增加。我们还看到了新的Foreign Memory API的一个优势：只要Arena对象关闭，内存就会被释放，而JVM会在丢弃引用后仍然保留字节缓冲区的内存。对于这块内存何时释放，我们无法精确控制，它将通过基于[虚引用的清理器](https://stackoverflow.com/questions/36077641/java-when-does-direct-buffer-released在GC删除相关缓冲区对象后的某个时刻完成。
第二个新的事件类型是"Native Memory Usage Per Type"，它提供了更详细的视图（当将-XX:NativeMemoryTracking设置为detail而不是summary时）。堆外内存分配显示在"Other"类别下：
根据文档，NMT会导致5%到10%的性能开销（实际开销大小很大程度上取决于具体的工作负载），因此在生产环境中可能不是永久启用的首选选项。幸运的是，Java 21添加了另一种JFR事件类型，"Resident Set Size"（RSS），允许您持续跟踪应用程序的总体内存消耗：
当然，您也可以使用其他工具（比如ps）检索RSS，即由进程分配的物理内存，但通过JFR记录它使得对其随时间的发展进行简化分析，同时还可以将其与其他相关的JFR事件进行关联，例如类的（卸载）加载或垃圾回收。
使用JFR事件流，您还可以向远程监控客户端提供值的实时信息流，从而可以通过仪表板进行可视化跟踪。但您还可以对这些值的时间序列应用某种模式匹配，在应用程序预热阶段之后，如果它继续增长，触发警报。
引用
Tracking Java Native Memory With JDK Flight Recorder
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- 本文标签： jvm jfr NMT
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