摘要：从 OpenJDK8 起有了一个很 nice 的虚拟机内部功能： Native Memory Tracking (NMT)。

本文分享自华为云社区《Native Memory Tracking 详解（1）:基础介绍》，作者：毕昇小助手。

0.引言

我们经常会好奇，我启动了一个 JVM，他到底会占据多大的内存？他的内存都消耗在哪里？为什么 JVM 使用的内存比我设置的 -Xmx 大这么多？我的内存设置参数是否合理？为什么我的 JVM 内存一直缓慢增长？为什么我的 JVM 会被 OOMKiller 等等，这都涉及到 JAVA 虚拟机对内存的一个使用情况，不如让我们来一探其中究竟。

1.简介

除去大家都熟悉的可以使用 -Xms、-Xmx 等参数设置的堆（Java Heap），JVM 还有所谓的非堆内存（Non-Heap Memory）。

可以通过一张图来简单看一下 Java 进程所使用的内存情况（简略情况）：

非堆内存包括方法区和Java虚拟机内部做处理或优化所需的内存。

• 方法区：在所有线程之间共享，存储每个类的结构，如运行时常量池、字段和方法数据，以及方法和构造函数的代码。方法区在逻辑上（虚拟机规范）是堆的一部分，但规范并不限定实现方法区的内存位置和编译代码的管理策略，所以不同的 Java 虚拟机可能有不同的实现方式，此处我们仅讨论 HotSpot。
• 除了方法区域外，Java 虚拟机实现可能需要内存用于内部的处理或优化。例如，JIT编译器需要内存来存储从Java虚拟机代码转换的本机代码（储存在CodeCache中），以获得高性能。

从 OpenJDK8 起有了一个很 nice 的虚拟机内部功能： Native Memory Tracking (NMT) 。我们可以使用 NMT 来追踪了解 JVM 的内存使用详情（即上图中的 JVM Memory 部分），帮助我们排查内存增长与内存泄漏相关的问题。

2.如何使用

2.1 开启 NMT

默认情况下，NMT是处于关闭状态的，我们可以通过设置 JVM 启动参数来开启：-XX:NativeMemoryTracking=[off | summary | detail]。

注意：启用NMT会导致5% -10%的性能开销。

NMT 使用选项如下表所示：

我们注意到，如果想使用 NMT 观察 JVM 的内存使用情况，我们必须重启 JVM 来设置XX:NativeMemoryTracking 的相关选项，但是重启会使得我们丢失想要查看的现场，只能等到问题复现时才能继续观察。

笔者试图通过一种不用重启 JVM 的方式来开启 NMT ，但是很遗憾目前没有这样的功能。

JVM 启动后只有被标记为 manageable 的参数才可以动态修改或者说赋值，我们可以通过 JDK management interface (com.sun.management.HotSpotDiagnosticMXBean API) 或者 jinfo -flag 命令来进行动态修改的操作，让我们看下所有可以被修改的参数值（JDK8）：

java -XX:+PrintFlagsFinal | grep manageable
intx CMSAbortablePrecleanWaitMillis = 100 {manageable}
intx CMSTriggerInterval = -1 {manageable}
intx CMSWaitDuration = 2000 {manageable}
bool HeapDumpAfterFullGC = false {manageable}
bool HeapDumpBeforeFullGC = false {manageable}
bool HeapDumpOnOutOfMemoryError = false {manageable}
ccstr HeapDumpPath = {manageable}
uintx MaxHeapFreeRatio = 100 {manageable}
uintx MinHeapFreeRatio = 0 {manageable}
bool PrintClassHistogram = false {manageable}
bool PrintClassHistogramAfterFullGC = false {manageable}
bool PrintClassHistogramBeforeFullGC = false {manageable}
bool PrintConcurrentLocks = false {manageable}
bool PrintGC = false {manageable}
bool PrintGCDateStamps = false {manageable}
bool PrintGCDetails = false {manageable}
bool PrintGCID = false {manageable}
bool PrintGCTimeStamps = false {manageable}

很显然，其中不包含 NativeMemoryTracking 。

2.2 使用 jcmd 访问 NMT 数据

我们可以通过 jcmd 命令来很方便的查看 NMT 相关的数据：

jcmd VM.native_memory [summary | detail | baseline | summary.diff | detail.diff | shutdown] [scale= KB | MB | GB]

jcmd 操作 NMT 选项如下表所示：

• NMT 默认打印的报告是 KB 来进行呈现的，为了满足我们不同的需求，我们可以使用scale=MB | GB来更加直观的打印数据。
• 创建 baseline 之后使用 diff 功能可以很直观地对比出两次 NMT 数据之间的差距。

看到 shutdown 选项，笔者本能的一激灵，既然我们可以通过 shutdown 来关闭 NMT ，那为什么不能通过逆向 shutdown 功能来动态的开启 NMT 呢？笔者找到 shutdown 相关源码（以下都是基于 OpenJDK 8）：

# hotspot/src/share/vm/services/nmtDCmd.cpp
void NMTDCmd::execute(DCmdSource source, TRAPS) {
 // Check NMT state
 // native memory tracking has to be on
 if (MemTracker::tracking_level() == NMT_off) {
 output()->print_cr("Native memory tracking is not enabled");
 return;
  } else if (MemTracker::tracking_level() == NMT_minimal) {
 output()->print_cr("Native memory tracking has been shutdown");
 return;
  }
  ......
 //执行 shutdown 操作
 else if (_shutdown.value()) {
 MemTracker::shutdown();
 output()->print_cr("Native memory tracking has been turned off");
  }
  ......
}
# hotspot/src/share/vm/services/memTracker.cp