如何监控和诊断堆外内存使用

• 可以使用综合性的图形化工具，如 JConsole、VisualVM ，这些工具比较直观，直接连接到 Java 进程，图形化界面。
• 可以使用命令工具进行查询，如 jstat 和jmap 工具，查看堆、方法区等使用数据。
• 使用 jmap 提供的命令， 生产 Heap Dump 文件，然后利用 Jhat 和 Eclipse MAT 进行分析。
• GC 日志输出，也能包含很多有用的信息。

Java 堆内存

新生代、老年代、永久代，具体不说了。

JVM TLAB

JVM 还有个 Thread Local Allocation Buffer （TLAB）的概念。JVM 为每个线程分配一个私有的缓存区域，多个线程分配内存时，为避免操作同一个地址，会需要使用加锁机制，进而影响分配速度。TLAB 分配仍然在堆上，是分配在Eden 区域内的。

• TLAB 结构

start 、 end 是起止地址， top 表示已经分配到哪 ， JVM 会移动到 top, 当 top 和 end 相遇的时候，表示缓存满了。

堆外内存

堆外内存就是把内存对象分配在Java虚拟机的堆以外的内存

• Java 开发者经常用 java.nio.DirectByteBuffer 对象进行堆外内存的管理和使用, 该类会在创建对象时就分配堆外内存。
• JDK1.8 取消了方法区, 由MetaSpace(元空间)代替。-XX:MaxPermSize由 -XX:MetaspaceSize, -XX:MaxMetaspaceSize 等代替
• 对堆外内存的申请主要是通过成员变量unsafe来操作

DirectByteBuffer(int cap) {                   // package-private 私有包
        super(-1, 0, cap, cap);
        // 是否为页对齐的内存
        boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
        // 获取页尺寸
        int ps = Bits.pageSize();
        long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
        // 保留内存
        Bits.reserveMemory(size, cap);
        long base = 0;
        try {
            // 分配内存
            base = unsafe.allocateMemory(size);
        } catch (OutOfMemoryError x) {
            // 如果内存溢出就去除保留内存
            Bits.unreserveMemory(size, cap);
            throw x;
        }
        // 设置内存
        unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
        if (pa && (base % ps != 0)) {
            // Round up to page boundary 向上取整至页面边缘
            address = base + ps - (base & (ps - 1));
        } else {
            address = base;
        }
        cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
        att = null;
    }

JConssole 查看 内存，可以看到 Metaspace 这个就是堆外内存

使用堆外内存的优点

• 减少了垃圾回收机制(GC 会暂停其他的工作)
• 加快了复制的速度
• 堆内在flush到远程时, 会先复制到直接内存(非堆内存), 然后再发送。而堆外内存(本身就是物理机内存)几乎省略了该步骤。

使用堆外内存的缺点

• 内存难以控制，使用了堆外内存就间接失去了JVM管理内存的可行性，改由自己来管理，当发生内存溢出时排查起来非常困难。