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<title>15 如何基于 JVM 分析内存使用对象？.md.html</title>
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<span>技术文章摘抄</span>
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<li><a href="/" class="current-tab">首页</a></li>
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<li><a href="../">上一级</a></li>
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<a href="/专栏/说透性能测试/00 开篇词 为什么每个测试人都要学好性能测试？.md.html">00 开篇词 为什么每个测试人都要学好性能测试？.md.html</a>
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<li>
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<a href="/专栏/说透性能测试/01 JMeter 的核心概念.md.html">01 JMeter 的核心概念.md.html</a>
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<li>
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<a href="/专栏/说透性能测试/02 JMeter 参数化策略.md.html">02 JMeter 参数化策略.md.html</a>
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<li>
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<a href="/专栏/说透性能测试/03 构建并执行 JMeter 脚本的正确姿势.md.html">03 构建并执行 JMeter 脚本的正确姿势.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/04 JMeter 二次开发其实并不难.md.html">04 JMeter 二次开发其实并不难.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/05 如何基于 JMeter API 开发性能测试平台？.md.html">05 如何基于 JMeter API 开发性能测试平台？.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/06 Nginx 在系统架构中的作用.md.html">06 Nginx 在系统架构中的作用.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/07 你真的知道如何制定性能测试的目标吗？.md.html">07 你真的知道如何制定性能测试的目标吗？.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/08 性能测试场景的分类和意义.md.html">08 性能测试场景的分类和意义.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/09 如何制定一份有效的性能测试方案？.md.html">09 如何制定一份有效的性能测试方案？.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/10 命令行监控 Linux 服务器的要点.md.html">10 命令行监控 Linux 服务器的要点.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/11 分布式服务链路监控以及报警方案.md.html">11 分布式服务链路监控以及报警方案.md.html</a>
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</li>
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<a href="/专栏/说透性能测试/12 如何把可视化监控也做得酷炫？.md.html">12 如何把可视化监控也做得酷炫？.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/13 Docker 的制作、运行以及监控.md.html">13 Docker 的制作、运行以及监控.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/14 如何从 CPU 飙升定位到热点方法？.md.html">14 如何从 CPU 飙升定位到热点方法？.md.html</a>
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</li>
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<a class="current-tab" href="/专栏/说透性能测试/15 如何基于 JVM 分析内存使用对象？.md.html">15 如何基于 JVM 分析内存使用对象？.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/16 如何通过 Arthas 定位代码链路问题？.md.html">16 如何通过 Arthas 定位代码链路问题？.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/17 如何应对 Redis 缓存穿透、击穿和雪崩？.md.html">17 如何应对 Redis 缓存穿透、击穿和雪崩？.md.html</a>
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<a href="/专栏/说透性能测试/18 如何才能优化 MySQL 性能？.md.html">18 如何才能优化 MySQL 性能？.md.html</a>
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<li>
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<a href="/专栏/说透性能测试/19 如何根治慢 SQL？.md.html">19 如何根治慢 SQL？.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/说透性能测试/20 结束语 线上全链路性能测试实践总结.md.html">20 结束语 线上全链路性能测试实践总结.md.html</a>
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</li>
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</ul>
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</div>
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</div>
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<div class="sidebar-toggle" onclick="sidebar_toggle()" onmouseover="add_inner()" onmouseleave="remove_inner()">
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<div class="sidebar-toggle-inner"></div>
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</div>
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<script>
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function add_inner() {
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}
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function remove_inner() {
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let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
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inner.classList.remove('show')
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}
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function sidebar_toggle() {
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let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let content = document.querySelector('.off-canvas-content')
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if (sidebar_toggle.classList.contains('extend')) { // show
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sidebar_toggle.classList.remove('extend')
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content.classList.remove('extend')
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} else { // hide
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sidebar_toggle.classList.add('extend')
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sidebar.classList.add('hide')
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content.classList.add('extend')
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}
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}
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function open_sidebar() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
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sidebar.classList.add('show')
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overlay.classList.add('show')
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}
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function hide_canvas() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
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sidebar.classList.remove('show')
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overlay.classList.remove('show')
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}
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</script>
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<div class="off-canvas-content">
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<div class="columns">
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<div class="column col-12 col-lg-12">
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<div class="book-navbar">
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<!-- For Responsive Layout -->
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<header class="navbar">
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<section class="navbar-section">
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<a onclick="open_sidebar()">
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<i class="icon icon-menu"></i>
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</a>
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</section>
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<div class="book-content" style="max-width: 960px; margin: 0 auto;
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>15 如何基于 JVM 分析内存使用对象？</h1>
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<p>上一讲我带你学习了基于 JVM 的线程分析，相信你已经可以通过热点线程分析出哪些方法在消耗 CPU，拿到这些方法之后你就可以和研发人员讨论后续的优化方案了。那这一讲我们就来重点学习 JVM 内存是如何管理的，有哪些手段可以分析内存对象，并帮助你定位内存的瓶颈。</p>
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<p>提到分析 JVM 的内存对象，可能你会问我，之前讲过如何判断服务器内存瓶颈，那 JVM 内存和服务器内存有什么联系呢。我们先来看下这两者的关系，如下图所示：</p>
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<p><img src="assets/Cgp9HWA2u5SAFtvHAABjYpky-g8347.png" alt="图片3.png" /></p>
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<p>图 1：内存关系示意图</p>
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<p>其实二者的关系很简单，对于服务器系统而言，JVM 只是其中的一部分。当操作系统内存出现瓶颈时，我们便会重点排查哪些应用会占用内存。不过对于更深一步分析内存的使用，并不仅仅是统计使用、空闲等这些数值，我们需要进一步去了解内存结构，以及内存如何分配、如何回收，这样你才能更好地确定内存的问题。</p>
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<h3>JVM 内存分配</h3>
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<p>通过第 14 讲的学习你可以知道，Java 文件一般是先编译成 class 结尾的文件，然后通过类加载器到 JVM 内存中。接着我们来看看 JVM 内存结构图，这样能够对它有个全局的了解。</p>
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<p><img src="assets/Cgp9HWA2u6iAHNxJAACTuTJQcko749.png" alt="图片1.png" /></p>
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<p>图 2：JVM 内存分配示意图</p>
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<h4>1.本地方法栈</h4>
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<p>本地方法栈保存的是 native 方法的信息，native 方法就是 Java 调用非 Java 代码的接口，为什么会有这样的设置呢？简单来说，sun 的解释器是由 C 语言实现的，而 jre 又是基于 Java 语言，所以需要 native 方法来进行跨语言的调用。</p>
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<h4>2.Java 栈</h4>
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<p>Java 栈是常用的内存区域之一，它里面存放着<strong>基本数据类型</strong>和<strong>对象的引用</strong>，可能你不太清楚什么是对象的引用，拿上一讲中 HelloTester helloTester=new HelloTester() 为例，在 Java 栈中 HelloTester 是个引用，指向在堆空间中开辟的该对象的空间。</p>
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<h4>3.方法区（JDK 1.8+已经移除）</h4>
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<p>也叫作永久区，用来<strong>存储类信息</strong>，如上文描述的 HelloTester。值得注意的是方法区在 JDK 1.8 以上已经被元空间取代，并且元空间不在 JVM 中了，而是在本地内存中独立开辟存储空间。</p>
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<h4>4.程序计数器</h4>
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<p>可以认为是<strong>线程的信号指示器</strong>，它的作用是保存线程当前程序的执行位置，以保证多线程的切换。因为在多线程的情况下，CPU 并不是完成一个线程执行再去执行另外一个线程，而是不停地切换线程执行，这时程序计数器就可以发挥作用了。</p>
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<h4>5.堆</h4>
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<p>堆区域是 JVM 调优最重要的区域，堆中存放的数据很多是对象实例，如 HelloTester 的对象存储。堆空间占据着 JVM 中最大的存储区域，存放了很多对象，所以大多数基于 JVM 的内存调优也是对堆空间的调优。</p>
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<p>堆空间并非取之不尽，如果一直存放总有用完的时候，所以对于有用的对象应当保存起来，无用的对象应当回收，为了更好地实现这一机制，JVM 将堆空间分成了新生代和老生代，如下图所示：</p>
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<p><img src="assets/CioPOWA2vFqAaIvdAAChz7EIEu0014.png" alt="4.png" /></p>
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<p>图 3：GC 示意对比图</p>
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<p>通过图 3 可以看到新生代和老年代的对比，Minor GC 发生在新生代，而 Full GC 发生在老年代。新生代分为三个区，一个 Eden 区和两个 Survivor 区。</p>
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<p>先来看下 Eden 区的作用，大部分新生成的对象都是在 Eden 区，Eden 区满了之后便没有内存给新对象使用，Eden 区便会 Minor GC 回收无用内存，剩下的存活对象便会转移到 Survivor 区。</p>
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<p>那两个 Survivor 区的作用分别是什么呢？两者其实是对称分布的，一个是 From 区，一个是 To 区。从 Eden 区存活下来的对象首先会被复制到 From 区，当 From 区满时，此时还存活的对象会被转移到 To 区，经历了多次的 Minor GC 后，还存活的对象就会被复制到老年代，老年代的 GC 一般叫作 FullGC 或者 MajorGC。</p>
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<p>我们对比下新生代垃圾回收和老年代垃圾回收的区别，如下表所示：</p>
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<p><img src="assets/CioPOWA2vG2AJj5oAACm26T__YI787.png" alt="图片2.png" /></p>
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<h3>如何定位内存占用问题</h3>
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<p>回到我们实际工作当中，当你发现 JVM 中使用的内存越来越多或者增长很快的时候，频繁 GC 的时候，应当如何去定位哪些对象导致的这些问题呢？</p>
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<p>这其实涉及两个问题：</p>
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<ul>
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<li>如何去观察 GC 的频次；</li>
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<li>定位占用内存的对象。</li>
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</ul>
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<h4>1.如何观察 GC 的频次？</h4>
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<p>本部分我以 JDK 自带的工具来讲解，我一般使用 jstat 来查看 GC 的频次。首先我们来看下基本用法，如下所示：</p>
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<pre><code>[<a href="/cdn-cgi/l/email-protection" class="__cf_email__" data-cfemail="dfadb0b0ab9f959b">[email protected]</a> ~]# jstat -gc 26607 1000 3
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S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU MC MU CCSC CCSU YGC YGCT FGC FGCT GCT
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512.0 512.0 320.0 0.0 86016.0 27828.5 175104.0 157974.6 122840.0 116934.9 16128.0 15060.4 5328 37.311 4 1.042 38.353
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512.0 512.0 320.0 0.0 86016.0 27981.9 175104.0 157974.6 122840.0 116934.9 16128.0 15060.4 5328 37.311 4 1.042 38.353
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512.0 512.0 320.0 0.0 86016.0 28885.4 175104.0 157974.6 122840.0 116934.9 16128.0 15060.4 5328 37.311 4 1.042 38.353
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</code></pre>
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||
<p>我们来解析下终端输入的命令：</p>
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<pre><code>jstat -gc 26607 1000 3
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</code></pre>
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<ul>
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<li>26607 代表查看的 PID 的 Java 进程号；</li>
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<li>1000 代表每隔 1000ms 也就是 1s 显示一次；</li>
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<li>3 代表一共显示三次。</li>
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</ul>
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<p>接着我们再来看输出选项代表的含义有哪些？这个输出的信息含量比较大，不过信息是有对应关系的，比如 S0C 和 S0U：</p>
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<ul>
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<li>一般 C 结尾的代表总的容量大小或者计数的次数；</li>
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<li>U 结尾代表已使用的容量大小。</li>
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</ul>
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<p>这是通用的，你可以看到输出项中有很多以 C 或者 U 结尾。S0 则代表第一个 Survivor 区，也就是我上文说的 From 区。通过以上的讲解，我相信很多名词你不用死记硬背也能理解了，比如 S1C 和 S1U 则表示第二个 Survivor 区也就是 To 区的总容量和使用容量。</p>
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<p>接下来我罗列下其他的输出选项含义。</p>
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<ul>
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<li>EC / EU：Eden 区的总容量/已使用空间的大小。</li>
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<li>OC / OU：老年代总容量/老年代已使用空间大小。</li>
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<li>MC / MU：方法区总容量/方法区已使用容量大小。</li>
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<li>CCSC / CCSU：压缩类总容量/压缩类空间使用大小。</li>
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<li>YGC / YGCT：年轻代垃圾回收的次数/年轻代垃圾回收消耗时间。</li>
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<li>FGC / FGCT： 老年代垃圾回收次数/老年代垃圾回收消耗时间。</li>
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<li>GCT：垃圾回收消耗总时间。</li>
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</ul>
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<p>这样对比着看会更直观一点，对于上述输出选项的含义我们都需要有一定的印象，从而通过垃圾回收频率和消耗时间初步判断 GC 是否存在可疑问题。</p>
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<p>有同学问过这样的问题，<strong>堆内存区域划分了这么多代</strong>，感觉很复杂，为什么要这么做呢？</p>
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<p>我想不分代，内存垃圾肯定也是可以回收的。而让内存区域分代，主要就是优化垃圾回收的性能，也就是 GC 的性能。有点类似于我们日常生活中的垃圾分类，你把干湿垃圾分离，一方面有利于下一步的再利用，再者对于我们后续垃圾的处理效率也会有较大的提升。对于内存回收其实也是这样的，如果不分代那么所有的对象可能都在同一个大的区间里，GC 依次判断则效率必然是很低，如果是分代处理，对不同的区域分以不同的回收策略，这样效率会高很多。</p>
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<h4>2.如何定位占用内存的对象？</h4>
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<p>这里我将推荐一个工具 jmap，通过 jmap 可以指定 Java 进程的 PID，查看该进程的对象、数量等等，接下来我做一个演示。</p>
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<p>首先我们来查看进程号为 18658 的应用包，如下所示：</p>
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<pre><code>[<a href="/cdn-cgi/l/email-protection" class="__cf_email__" data-cfemail="4b3924243f0b010f">[email protected]</a> ~]# ps -ef|grep demo
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root 18658 1 0 Dec09 ?后续省略
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</code></pre>
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<p>其中上述输出的第二列 18658 为进程号，然后将进程号通过命令组合可以查看以下信息：</p>
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<pre><code>[<a href="/cdn-cgi/l/email-protection" class="__cf_email__" data-cfemail="b6c4d9d9c2f6fcf2">[email protected]</a> ~]# jmap -histo 18658|head -n 20
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num #instances #bytes class name
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1: 157619 18840672 [C
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2: 8326 8324360 [B
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3: 146319 3511656 java.lang.String
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4: 9224 2825584 [I
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5: 65733 2103456 com.example.demo.entity.User
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6: 62508 2000256 java.util.HashMap$Node
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7: 21868 1618832 [Ljava.lang.Object;
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</code></pre>
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<ul>
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<li>num 是编号；</li>
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<li>instances 是生成的实例个数；</li>
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<li>bytes 是实例占用的大小；</li>
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<li>classs name 对象的类名。</li>
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</ul>
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<p>其中 [C、[S、[I、[B 对应的类型如下所示：</p>
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<pre><code>[C is a char[]
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[S is a short[]
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[I is a int[]
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[B is a byte[]
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</code></pre>
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<p>你注意下第五行，这是能够最直接看到的业务类，如果是业务对象尤其需要关注，看是否一直上升。</p>
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<h3>可视化的 JVM 监控工具</h3>
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<p>在第三模块中，你可以知道，对于监控定位我一般会采用命令行结合可视化的方案一并讲解，接下来我介绍一个 JDK 自带的 JVM 监控工具：jvisual。</p>
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<p>jvisual 能做的事情很多，监控内存泄漏、跟踪垃圾回收、执行时内存分析、CPU 线程分析等，而且通过图形化的界面指引就可以完成，接下来我主要讲述 jvisual 如何使用以及如何看内存对象的占用。</p>
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<p>先来看下 jvisual 是如何使用的，一般我们会在启动被测的 jar 服务里进行如下配置：</p>
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<pre><code>nohup java -Djava.rmi.server.hostname=实际ip -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=1099 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -jar demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar &
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</code></pre>
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<p>通过这样的方式可以启动暴露 1099 端口，且连接时不需要认证。</p>
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<p>然后在本机电脑 jdk 路径 bin 目录下找到 jvisualvm，双击打开，如下图所示：</p>
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<p><img src="assets/Cgp9HWAze7uAY4i0AAIY8AO0bo0055.png" alt="Drawing 3.png" /></p>
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<p>我们再配置相应的 jmx 连接，如下图所示：</p>
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<p><img src="assets/CioPOWAze8GAEEsIAALCNqd4FCQ080.png" alt="Drawing 4.png" /></p>
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<p>如果出现如下图所示的界面，就证明连接成功了。</p>
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<p><img src="assets/Cgp9HWA2vMaASqv3AAJ2rG-zf3U45.jpeg" alt="image" /></p>
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<p>这样我们就能够概览 JVM 的 CPU 和内存的使用情况，如下图所示，通过点击抽样器，你可以分别获得对象在 CPU 和内存的占用。值得注意的是很多初学者把这部分 CPU 监控或者内存监控认为是服务器硬件级别的，这是不对的，这些都是基于 JVM 的监控。</p>
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<p><img src="assets/CioPOWAze9CAShx_AAG7jwD3hwI714.png" alt="Drawing 6.png" /></p>
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<p>按照内存占用进行排序是非常清晰的，你可以看到随着性能测试的进行，User 类字节占用比例越来越高，如下图所示：</p>
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<p><img src="assets/CioPOWAze9aAZifIAANlYUMJTPQ367.png" alt="Drawing 7.png" /></p>
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<h3>总结</h3>
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<p>通过本讲的学习，你了解了 JVM 的内存结构，知道了 Java 内存对象经常活动的区域，同时列举了常见的排查手段诊断内存问题。</p>
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<a href="/专栏/说透性能测试/14 如何从 CPU 飙升定位到热点方法？.md.html">上一页</a>
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<div style="float: right">
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<a href="/专栏/说透性能测试/16 如何通过 Arthas 定位代码链路问题？.md.html">下一页</a>
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<a class="off-canvas-overlay" onclick="hide_canvas()"></a>
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</div>
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<script data-cfasync="false" src="/cdn-cgi/scripts/5c5dd728/cloudflare-static/email-decode.min.js"></script><script defer src="https://static.cloudflareinsights.com/beacon.min.js/v652eace1692a40cfa3763df669d7439c1639079717194" integrity="sha512-Gi7xpJR8tSkrpF7aordPZQlW2DLtzUlZcumS8dMQjwDHEnw9I7ZLyiOj/6tZStRBGtGgN6ceN6cMH8z7etPGlw==" data-cf-beacon='{"rayId":"70997c1ae9e33cfa","version":"2021.12.0","r":1,"token":"1f5d475227ce4f0089a7cff1ab17c0f5","si":100}' crossorigin="anonymous"></script>
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</body>
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<!-- Global site tag (gtag.js) - Google Analytics -->
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<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=G-NPSEEVD756"></script>
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window.dataLayer = window.dataLayer || [];
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function gtag() {
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dataLayer.push(arguments);
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}
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gtag('js', new Date());
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gtag('config', 'G-NPSEEVD756');
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var path = window.location.pathname
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var cookie = getCookie("lastPath");
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console.log(path)
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if (path.replace("/", "") === "") {
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if (cookie.replace("/", "") !== "") {
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console.log(cookie)
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document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
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}
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} else {
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setCookie("lastPath", path)
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}
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function setCookie(cname, cvalue) {
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d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
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var expires = "expires=" + d.toGMTString();
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document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
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}
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function getCookie(cname) {
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var name = cname + "=";
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var ca = document.cookie.split(';');
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for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
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var c = ca[i].trim();
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if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
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}
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return "";
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}
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</script>
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</html>
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