JVM占用内存为何会超过Xmx值?

Java服务内存超阈值报警,发现「JVM占用内存超过了Xmx值」,由此问题逐渐深入,展开一次内存调优。

一、内存报警

收到Tkex服务报警,报警内容为 服务占用内存比例超过了阈值

内存报警 是一种比较危险的信号,迅速登录服务器查看服务内存情况

二、查看服务内存详情

服务内存问题,我们使用 top 命令,查看pod内存使用情况,

发现了一个奇怪的现象,Java服务启动参数,设置了-Xmx=3G,而通 top 命令的结果来看,RES = 3.65GRES :Resident Memory Size,即占用内存)。这里就出现了本文的标题 JVM占用内存为何会超过Xmx值?

三、排查Java内存具体占用情况

关于占用内存超过了 Xmx,第一猜想是Xmx控制的是堆内内存,可能还有部分堆外内存。为了验证猜想,首先使用 jps 命令,获取到该服务进程号,

拿到进程号后,使用 jmap命令,查询jvm内存使用情况,

图中标出的是jvm整体内存情况,这里占用内存总和也刚好是Xmx所设置的3G。所以也从侧面证明了,Xmx控制的是Jvm堆内内存。那剩下的 0.6G ,是被哪些占用呢?
这是需要查看Java服务所占用的所有内存。Java8给HotSpot VM引入了Native Memory Tracking (NMT)特性,可以用于追踪JVM的内部内存使用,一般在压测调参的时候使用,生产环境不要引入,根据Java官方文档,开启NMT会有5%-10%的性能损耗。
设置启动参数,
-XX:NativeMemoryTracking=detail
开启NMT。使用NMT查询jvm内存使用情况,执行命令
jcmd 573 VM.native_memory summary scale=MB

从NMT的结果,可以看到整个memory主要包含了Java Heap、Class、Thread、Code、GC、Internal、Symbol、Native Memory Tracking这几部分。(reserved表示应用可用的内存大小,committed表示应用正在使用的内存大小)。

上述参数说明

  • Java Heap: 堆内存,即 -Xmx 限制的最大堆大小的内存。
  • Class:加载的类与方法信息,即metaspace,包含两部分:一是 metadata,被 -XX:MaxMetaspaceSize 限制最大大小,另外是 class space,被 -XX:CompressedClassSpaceSize 限制最大大小
  • Thread:线程与线程栈占用内存,每个线程栈占用大小受 -Xss 限制,但是总大小没有限制。
  • Code:JIT 即时编译后(C1 C2 编译器优化)的代码占用内存,受 -XX:ReservedCodeCacheSize 限制
  • GC:垃圾回收占用内存,例如垃圾回收需要的 CardTable,标记数,区域划分记录,还有标记 GC Root 等等,都需要内存。
  • Internal:命令行解析,JVMTI 使用的内存,这个不受限制,一般不会很大的
  • Symbol: 常量池占用的大小,字符串常量池受 -XX:StringTableSize 个数限制,总内存大小不受限制
  • Native Memory Tracking:内存采集本身占用的内存大小

这里也就解释了为何Jvm占用内存会超过 Xmx,Xmx只控制java heap,还有堆外、线程等占用的空间。

仔细查看NMT结果,发现Thread占用了 487 M😲

这么一算(java_heap 3g + thread 487M + 其他)整个服务所占用的 3.6g,全部找到了。

四、查清内存问题,确认调优方案

由于我们这是数据分析服务,属于低流量,并发较低。线程为何会占用这么对内存呢?这时想到了Jvm启动参数中,有一个能够控制启动的每个线程分配的内存大小。对,就是Xss。(默认JDK1.4中是256K,JDK1.5+中是1M)带着目的性去查看了配置,

发现竟然设置了 8M。在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程。但无论如何,我们每个线程占用内存完全没必要分配成8M的。
-Xss=1M,改完后重新部署服务,再查看下NMT结果,

至此看到,已经从 487M 降到了 75M。(-_


总结:

  • Java服务除堆本身占用内存外,还会有永久代、线程 等,所以在设置Xmx时,还要为操作系统留下足够的内存
  • Xss是我们比较熟悉的一个jvm参数。在设置启动参数时,要搞清楚每一个参数的意义,该参数大小不同值的影响是什么
  • 工作中的一个小问题,背后一定有值得探究的知识点😁
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