JVM 非堆内存监控工具详解

1. 概述

Java 应用开发中，内存问题常导致性能瓶颈。内存问题可分两类：

堆内存问题
非堆内存问题

本文聚焦非堆内存监控，介绍多种实用工具及使用场景。

2. 使用 jcmd

jcmd 是 JDK 内置诊断工具，可向运行中的 Java 进程发送诊断命令。常用于：

查看系统属性
触发 GC
导出堆/线程信息
管理 JIT 编译

监控非堆内存需先启用本地内存跟踪(NMT)，再通过 jcmd 获取：

jcmd <pid> VM.native_memory

输出包含所有非堆内存区域详情：

-                        GC (reserved=359872KB, committed=70440KB)
                            (malloc=17792KB #582)
                            (mmap: reserved=342080KB, committed=52648KB)

-                  Compiler (reserved=168KB, committed=168KB)
                            (malloc=4KB #29)
                            (arena=165KB #5)

-                  Internal (reserved=221KB, committed=221KB)
                            (malloc=157KB #1202)
                            (mmap: reserved=64KB, committed=64KB)

-                     Other (reserved=4KB, committed=4KB)
                            (malloc=4KB #2)

-                    Symbol (reserved=1217KB, committed=1217KB)
                            (malloc=857KB #3546)
                            (arena=360KB #1)

-    Native Memory Tracking (reserved=141KB, committed=141KB)
                            (malloc=5KB #69)
                            (tracking overhead=136KB)

//shorten

✅ committed 值表示当前实际占用内存
⚠️ NMT 会带来约 5-10% 性能开销，生产环境慎用

3. 使用 jconsole

jconsole 是符合 JMX 规范的可视化监控工具。通过图形界面实时监控：

内存使用
线程活动
CPU 消耗
MBeans

启动命令（在 JDK bin 目录）：

<JDK_PATH>\bin\jconsole

操作步骤：

选择本地/远程进程
切换到 Memory 标签页
选择 Non-Heap Memory Usage 图表

❌ 不支持监控 Direct Buffer 内存
✅ 适合快速排查本地进程

4. VisualVM

VisualVM 是功能更强大的可视化工具，支持：

CPU 负载监控
内存分析
线程活动跟踪
堆转储分析
方法执行性能分析

4.1. 基础监控中的 MetaSpace

默认安装即可在 Monitor 标签页查看 MetaSpace：

4.2. 使用 MBeans 插件监控非堆内存

安装 MBeans 插件后：

新增 MBeans 标签页
查看 java.lang/Memory 节点

✅ 可查看各内存区域细分数据

4.3. 使用 Buffer Pools 插件监控 Direct Buffer

安装 Buffer Monitor 插件后：

新增 Buffer Pools 标签页
查看：
- Direct Buffer 内存
- 内存映射文件占用

⚠️ 需手动安装插件，但功能更全面

5. Java Mission Control

JMC 是专业级诊断工具，核心能力：

性能分析
内存监控
线程活动检查
GC 行为分析
飞行记录(JFR)分析

5.1. 通过 MBean 浏览器监控

连接后操作：

打开 MBean Server 标签页
查看总非堆内存占用
在 BufferPool 组查看 Direct Buffer 内存

❌ 默认不包含 Direct Buffer 内存

5.2. 使用 JFR 记录 NMT 数据

Java 20+ 支持 JFR 持续记录 NMT 数据：

java -XX:NativeMemoryTracking=detail \
     -XX:StartFlightRecording=name=Profiling,filename=nmt-recording.jfr,settings=profile \
     -jar path/ourapp.jar

在 JMC 中分析：

打开 nmt-recording.jfr
进入 Event Browser 标签页
查找 Total Native Memory Usage 事件（含堆+非堆总内存）
查找 Native Memory Usage Per Type 事件（非堆内存细分）

✅ 生产环境推荐方案，性能开销低

6. JMX-DExporter

JMX-DExporter 将 JMX 指标转换为 Prometheus 格式，可监控：

内存使用
线程状态
GC 统计
自定义指标

6.1. 指标接口使用

操作步骤：

下载 agent JAR
创建配置文件 jmx_exporter_config.yml： ```yaml startDelaySeconds: 0 lowercaseOutputName: true lowercaseOutputLabelNames: true

rules:

pattern: "java.lang:type=Memory" name: "jvm_memory_usage_bytes" labels: area: "$2" type: GAUGE ```

启动应用时挂载 agent：

java -javaagent:.path-to-agent-jar\jmx_prometheus_javaagent.jar=port:path-to-agent-jar\jmx_exporter_config.yml \
  -jar .path-to-app\app.jar

访问 http://localhost:port/metrics 获取指标：

//shorten
jvm_memory_committed_bytes{area="nonheap"} 1.8546688E7
# HELP jvm_memory_init_bytes Initial bytes of a given JVM memory area.
# TYPE jvm_memory_init_bytes gauge
jvm_memory_init_bytes{area="heap"} 5.32676608E8
jvm_memory_init_bytes{area="nonheap"} 7667712.0
# HELP jvm_memory_max_bytes Max (bytes) of a given JVM memory area.
# TYPE jvm_memory_max_bytes gauge
jvm_memory_max_bytes{area="heap"} 8.518631424E9
jvm_memory_max_bytes{area="nonheap"} -1.0
//shorten

6.2. 集成 Prometheus

Prometheus 是开源监控告警系统，集成步骤：

修改 prometheus.yml： ```yaml scrape_configs:

job_name: "our_app" static_configs:
- targets: ["localhost:port"] ```

重启 Prometheus
在控制台查询指标（如 jvm_memory_committed_bytes{area="nonheap"}）

✅ 适合云原生环境下的持续监控

7. 总结

根据场景选择工具：

场景	推荐工具	特点
快速本地排查	jcmd/jconsole	无需安装，基础功能
详细内存分析	VisualVM	插件扩展性强
生产环境监控	JMC+JFR	低开销，专业分析
云原生监控	JMX-Exporter+Prometheus	集成告警系统

⚠️ 所有监控工具都会产生额外资源开销，生产环境需评估影响。对于非堆内存问题，建议优先使用 JFR+JMC 组合，兼顾细节分析和性能影响。

Persistence

REST

Security