如何使用java visualVM查看内存快照

转载

imking 2024-09-22 21:01:11

文章标签 jvm java 开发语言 Java JVM 文章分类 Java 后端开发

导读

开发环境

	版本号	描述
操作系统	Win11-21H2	内部版本号22000.588
IDEA	2021.3

Oop-Klass模型

在JVM中，并没有根据Java实例对象直接通过虚拟机映射到新建的C++对象，而是定义了各种Oop-Klass：
Oop(ordinary object pointer)，用来描述对象实例信息。
Klass，用来描述 Java 类，是虚拟机内部Java类型结构的对等体。

Oop体系

看到Oop，大家第一反应一定是Object-oriented programming(面向对象程序设计)，但是这里的Oop，是值Ordinary Object Pointer，即标准对象指针，它用来表示对象的实例信息。

在JVM源码里，oopsHierarchy.hpp中定义了oop和klass各自的体系，下面是Oop的体系：

typedef  class oopDesc*							oop;//所有oops共同基类
  typedef  class instanceOopDesc*              	instanceOop;//Java类实例对象
  typedef  class methodOopDesc*               	methodOop;//Java方法对象
  typedef  class constMethodOopDesc*      		constMethodOop;//方法中的只读信息对象
  typedef  class methodDataOopDesc* 			methodDataOop;//方法性能统计对象
  typedef  class arrayOopDesc*     				arrayOop;//描述数组
  typedef  class objArrayOopDesc*              objArrayOop;//描述引用数据类型数组
  typedef  class typeArrayOopDesc*             typeArrayOop;//描述基本数据类型数组
  typedef  class constantPoolOopDesc*			constantPoolOop;//class文件中的常量池
  typedef  class constantPoolCacheOopDesc*		constantPoolCacheOop;//常量池缓存
  typedef  class klassOopDesc*					klassOop;//指向klass实例
  typedef  class markOopDesc*					markOop;//对象头
  typedef  class compiledICHolderOopDesc*		compiledICHolderOop;

为了简化变量名，JVM统一将结尾的Desc去掉，以Oop为结尾命名。

在Oop体系中，分别使用不同的Oop来表示不同的对象，在代码的注释中，笔者已经注明了每一种oop分别用于表示什么对象。HotSpot认为用这些模型，便足以描述Java程序的全部内容。

Klass体系

在JVM源码里，oopsHierarchy.hpp中定义了oop和klass各自的体系，下面是Klass的体系：

class                        Klass;//klass家族的基类
  class                InstanceKlass;//虚拟机层面与Java类对等的数据结构
  class          InstanceMirrorKlass;//描述java.lang.Class的实例
  class     InstanceClassLoaderKlass;//描述类加载器的实例
  class             InstanceRefKlass;//描述java.lang.Reference的子类
  class                  MethodKlass;//表示Java类中的方法
  class          ConstantMethodKlass;//描述Java类方法所对应的字节码指令信息的固有属性
  class                   KlassKlass;//Klass链路的末端，在Jdk8已不存在
  class               ConstPoolKlass;//描述字节码文件中常量池的属性
  class                   ArrayKlass;//描述数组的信息，是抽象类。
  class                ObjArrayKlass;//ArrayKlass的子类，描述引用类型的数组类元信息
  class               TypeArrayKlass;//ArrayKlass的子类，描述普通配型的数组类元信息

Klass主要提供一下两种能力：
klass提供一个与 Java 类对等的 C++类型描述。
klass提供虚拟机内部的函数分发机制 。
由于在JVM中，Java类是以Oop和Klass分别进行表示的，所以Klass体系基本和Oop体系相互对应。

Oop-Klass模型的简易理解

在JVM中，使用Oop-Klass模型这种一分为二的模型区描述Java类，但是笔者认为这种叫法并不是特别容易让人理解，对于初学者来说，什么是Oop，什么是Klass？并没有一种可以顾名思义的解读。

实际上，无非就是元数据和实例数据进行分离，所以初学者看到这里，不妨可以把他直接理解为data-meta模型，data即oop、而meta即klass，这样就可以很好地理解Oop-Klass这个概念了。

而实际上，在JVM中，Klass保存元数据这个概念会更好理解一些，如果你看过JVM源码，你会发现，实际上在JVM源码中Klass正是继承Metadata类的。

JVM分析

示例代码

class Fu {
    int a = 0x111;
    int b = 0x222;
}

class Zi extends Fu {
    int a = 0x333;
    int d = 0x444;
}

// 目前不知道怎么使用`VM.current().addressOf`
// 通过其他方式获取对象zi内存地址
public class Foo {
    public static void main(String[] args) {
        Zi zi = new Zi();
        System.out.println(zi);
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        sc.next();
    }
}

jhsdb基本使用

执行Foo.java
set MY_JAVA_HOME=D:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2021.3\jbr\bin "%MY_JAVA_HOME%\javac.exe" -Dfile.encoding=UTF-8 Foo.java"%MY_JAVA_HOME%\java.exe" -Dfile.encoding=UTF-8 Foo
jps主要用于查看java进程列表。
启动jhsdb.exe
jhsdb.exe hsdb：图形化界面java内存分析工具（Hotspot Debugger）。
"D:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2021.3\jbr\bin\jhsdb.exe" hsdb

通过菜单Tools > Class Browser，查看类关系：
通过菜单Tools > Object Histogram，打开Object直方图：

搜索类名
Zi
，双击打开
Show Objects of Type
工具窗口，可以看到对象的内存大小为
32
，类对象个数为
1
：

选中该项，点击Inspector，查看对象内容：
我们通过菜单Tools > Memory Viewer打开Memory Viewer窗口，

jhsdb：Oop-Klass分析

上面就是JHSDB工具的基本使用流程了，下面我们针对对象内存和类结构进行分析。
1. java对象内存结构（Oop）： 先看个图片，对其结构了解下。

我们通过下图对其进行解释：
蓝色为_mark字段，占8字节
黄色为_metadata字段，占4字节
绿色为_field字段，根据对象内容占不同大小的字节数
最后为padding字段，需要对其，则占4字节；否则不占空间（参考C内存对其相关知识，jvm是c写的。）
2. 类结构信息（Klass）： 还是先看个网图：
从上面的图中我们可以看到，_metadata字段指向了类的信息，该数据是压缩的，将该值前面添加8，表示类地址，即0x8 << 32 + 0x00060450 --> 0x800060450。我们可以通过HSDB查看详细的类结构（类信息、父类信息等）：

openjdk.jol实现内存分析

新建一个maven工程，引入下面包

<dependency>
	<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
	<artifactId>jol-core</artifactId>
	<version>0.16</version>
</dependency>

编写测试代码

class Fu {
    int a = 0x111;
    int b = 0x222;
}

class Zi extends Fu {
    int a = 0x333;
    int d = 0x444;
}

// 目前不知道怎么使用`VM.current().addressOf`
// 通过其他方式获取对象zi内存地址
public class Foo {
    public static void main(String[] args) {
        Zi zi = new Zi();
        System.out.println(zi);

        // 打印对象的内存地址
        System.out.println(Long.toHexString(VM.current().addressOf(zi)));

        // 打印对象的结构
        ClassLayout layout = ClassLayout.parseInstance(zi);
        System.out.println(layout.toPrintable());
        
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        sc.next();
    }
}

查看结果

com.khz.test.Zi@4f8e5cde

com.khz.test.Zi object internals:
OFF  SZ   TYPE DESCRIPTION               VALUE
  0   8        (object header: mark)     0x0000004f8e5cde01 (hash: 0x4f8e5cde; age: 0)
  8   4        (object header: class)    0x00c033e0
 12   4    int Fu.a                      273
 16   4    int Fu.b                      546
 20   4    int Zi.a                      819
 24   4    int Zi.d                      1092
 28   4        (object alignment gap)    
Instance size: 32 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total