دليل لإدارة ذاكرة Java (وحفظ التعليمات البرمجية الخاصة بك)

ملاحظة المترجم: ظهرت الرغبة في ترجمة المذكرة في وقت مبكر من صباح أحد أيام شهر يونيو بعد قراءتها وهي نصف نائمة في عربة مترو الأنفاق. الجمهور المستهدف: الأشخاص الذين يتخذون خطواتهم الأولى في عالم Java، ونظرًا لطبيعة خلفيتهم التقنية الأساسية أو رغبتهم، فإنهم حريصون جدًا على التعرف على لغة Java وتعلم جميع العمليات "الكهروديناميكية". أنا متأكد من أنه بالنسبة لأولئك الذين قرأوا هذا، ستكون هذه نقطة البداية لرحلة إلى عالم تكوين JVM وGC. الرياح العادلة! المقال الأصلي هنا كمطور، فإنك تقضي ساعات لا حصر لها في تنظيف الأخطاء من تطبيق Java والحصول على الأداء حيث يجب أن يكون. أثناء الاختبار، لاحظت أن التطبيق يعمل بشكل أبطأ تدريجيًا، وفي النهاية يتعطل تمامًا أو يظهر ببساطة أداءً ضعيفًا. في النهاية تقبل حدوث تسرب للذاكرة. جامع البيانات المهملة Java يبذل قصارى جهده للتعامل مع هذه التسريبات. ولكن لا يوجد سوى الكثير من الأشياء التي يمكن القيام بها عند مواجهة مثل هذه المواقف. أنت بحاجة إلى طرق لتحديد مكالمات تسرب الذاكرة وتحديد الأسباب وفهم دور أداة تجميع البيانات المهملة Java في التأثير على الأداء العام للتطبيق.

الأعراض الرئيسية لتسرب ذاكرة جافا

هناك العديد من الأعراض التي تشير إلى وجود مشاكل في تسرب الذاكرة في أحد التطبيقات. يشير الانخفاض الطفيف في الأداء، وليس فشل التطبيق المفاجئ، إلا إلى حدوث تسرب للذاكرة. يمكن أن تحدث المشكلة في كل مرة أثناء التشغيل أو فقط عندما يبدأ التطبيق في العمل بكمية كبيرة من البيانات، أو على العكس من ذلك، عند بدء توسيع نطاق التطبيق. من المحتمل أن يُظهر التطبيق خطأ نفاد الذاكرة بمجرد أن يستهلك التسرب كافة موارد الذاكرة المتوفرة. إذا قمت بإعادة تشغيل التطبيق وتأمل الأفضل، فسوف تواجه أعطالًا متكررة حتى يتم إصلاح التسرب. بشكل عام، يحدث تسرب للذاكرة عندما تتراكم مراجع الكائنات بدلاً من تحرير الذاكرة. إنها تشغل كل الذاكرة المتوفرة وتجعل من المستحيل على التطبيق الوصول إلى الموارد التي يحتاجها.

تظهر أخطاء التكوين كتسرب للذاكرة

قبل النظر في المواقف التي تسبب مشاكل في ذاكرة Java وإجراء التحليل، يجب عليك التأكد من أن البحث لا يرتبط بمشكلة مختلفة تمامًا. تحدث بعض أخطاء نفاد الذاكرة بسبب أخطاء مختلفة، مثل أخطاء التكوين. قد يكون التطبيق منخفضًا في ذاكرة الكومة أو قد يكون متعارضًا مع تطبيقات أخرى على النظام. إذا بدأت الحديث عن مشكلات انخفاض الذاكرة ولكن لم تتمكن من معرفة سبب التسرب، فقم بإلقاء نظرة مختلفة على التطبيق. ستجد أنك بحاجة إلى إجراء تغييرات على سلسلة الإنهاء أو زيادة مقدار مساحة التوليد الدائمة، وهي مساحة من ذاكرة JVM لتخزين أوصاف فئات Java وبعض البيانات الإضافية.

فوائد أدوات مراقبة الذاكرة

توفر أدوات مراقبة الذاكرة رؤية أكبر لاستخدام تطبيق Java للموارد المتاحة. باستخدام هذا البرنامج، فإنك تتخذ خطوة نحو تضييق نطاق البحث عن جذر مشكلة تسرب الذاكرة وحوادث الأداء الأخرى. تأتي الأدوات في عدة فئات، وقد تحتاج إلى استخدام مجموعة متنوعة من التطبيقات لمعرفة كيفية الإبلاغ عن المشكلة بشكل صحيح والخطأ الذي حدث، حتى لو كنت تتعامل مع تسرب الذاكرة. توفر ملفات تفريغ الكومة المعلومات اللازمة لتحليل ذاكرة Java. في هذه الحالة، تحتاج إلى استخدام أداتين: واحدة لإنشاء ملف تفريغ والأخرى للتحليل التفصيلي. يوفر هذا الحل معلومات مفصلة حول ما يحدث مع التطبيق. بمجرد أن تحدد الأداة مواقع المشاكل المحتملة وتعمل على تضييق المنطقة لاكتشاف الموقع الدقيق للحادث. وهذه الفترة الزمنية هي الفترة الأطول والأكثر إحباطًا للجزء من التجربة والخطأ. يشير محلل الذاكرة إلى العديد من المشكلات في التعليمات البرمجية الخاصة بك، لكنك لست متأكدًا تمامًا من المشكلات التي يواجهها تطبيقك. إذا كنت لا تزال تواجه نفس الخطأ، فابدأ من جديد واعمل على حل خطأ محتمل آخر. قم بإجراء تغيير واحد في كل مرة وحاول تكرار الخطأ. ستحتاج إلى السماح بتشغيل التطبيق لبعض الوقت لتكرار حالات الخطأ. إذا كان هناك تسرب للذاكرة أثناء الاختبار الأول، فتأكد من تحميل اختبار التطبيق. قد يعمل التطبيق بشكل جيد مع كمية صغيرة من البيانات، ولكنه قد يلقي نفس الأخطاء مرة أخرى عند العمل مع كمية كبيرة من البيانات. إذا استمر حدوث نفس الخطأ، فأنت بحاجة إلى البدء من جديد والبحث عن سبب محتمل آخر. تثبت أدوات مراقبة الذاكرة فائدتها بمجرد تشغيل التطبيق بكامل طاقته. يمكنك مراقبة أداء JVM عن بعد والكشف بشكل استباقي عن حالات الفشل قبل أن يتعمق المطور في المشكلة ويجمع بيانات الأداء التاريخية للمساعدة في تحسين تقنيات البرمجة الخاصة به في المستقبل ومعرفة كيفية أداء Java تحت الحمل الثقيل. تشتمل العديد من الحلول على أوضاع تنبيه "خطر" أو أوضاع أخرى مماثلة حتى يتمكن المطور من معرفة الخطأ الذي يحدث على الفور. لا يريد كل مطور أن يتعطل تطبيق مهم أثناء الإنتاج ويتسبب في خسارة عشرات أو مئات الآلاف من الدولارات أثناء توقف التطبيق، لذا فإن أدوات مراقبة الذاكرة تقلل من وقت استجابة المطور. تتيح لك تطبيقات مراقبة الذاكرة بدء عملية التشخيص على الفور، بدلاً من مطالبتك بالذهاب إلى العميل، حيث لن يخبرك أحد بالضبط بالخطأ الذي حدث أو رمز الخطأ الذي أنشأه التطبيق. إذا كنت تجد نفسك غالبًا منغمسًا في مشاكل الذاكرة والأداء الخاصة بتطبيق Java الخاص بك، فقم بالتعمق في عملية الاختبار. حدد كل منطقة ضعيفة في عملية التطوير وقم بتغيير استراتيجيات الاختبار الخاصة بك. تشاور مع زملائك وقارن بين أساليب الاختبار الخاصة بك وأفضل الممارسات الحالية. في بعض الأحيان تحتاج إلى مراجعة جزء صغير من التعليمات البرمجية ومن ثم التأكد من وجود تأثير دائم على التطبيق بأكمله.

دور جامع البيانات المهملة في ذاكرة جافا وتسريبات الذاكرة

يلعب Garbage Collector في Java دورًا رئيسيًا في أداء التطبيق واستخدام الذاكرة. يبحث عن الكائنات غير المستخدمة (الميتة) ويحذفها. لم تعد هذه الكائنات تشغل الذاكرة، لذلك يستمر تطبيقك في ضمان توفر الموارد. في بعض الأحيان، لا يمنح التطبيق GC الوقت أو الموارد الكافية لإزالة الكائنات الميتة وتتراكم. قد تواجه موقفًا حيث يكون هناك وصول نشط إلى الكائنات التي تعتقد أنها ميتة. لا يستطيع جامع القمامة فعل أي شيء حيال ذلك لأن... تتجاوز آلية إدارة الذاكرة الآلية الكائنات النشطة. عادةً ما يعمل مجمّع البيانات المهملة بشكل مستقل، لكنك تحتاج إلى ضبط سلوكه للاستجابة لمشاكل الذاكرة الخطيرة. ومع ذلك، يمكن أن يسبب GC نفسه مشاكل في الأداء.

مناطق جي سي

يقوم جامع البيانات المهملة بفصل الكائنات إلى مناطق مختلفة لتحسين عملية التجميع. يتميز Young Generation بأشياء تموت بسرعة. غالبًا ما يعمل جامع القمامة في هذه المنطقة منذ أن يقوم بالتنظيف. يتم نقل الكائنات التي تبقى على قيد الحياة بعد الوصول إلى فترة معينة إلى الجيل القديم. في منطقة الجيل القديم، تبقى الأشياء لفترة طويلة ولا تتم إزالتها بواسطة المجمع كما هو الحال في كثير من الأحيان. ومع ذلك، عندما يتم تشغيل المجمع في النطاق، يمر التطبيق بعملية كبيرة حيث يقوم المجمع بالبحث في الكائنات الحية لتنظيف البيانات المهملة. ونتيجة لذلك، تقع كائنات التطبيق في منطقة الإنشاء الدائمة النهائية. عادةً ما تتضمن هذه الكائنات بيانات تعريف JVM الضرورية. لا يقوم التطبيق بإنشاء الكثير من البيانات المهملة في الإنشاء الدائم، ولكنه يحتاج إلى أداة تجميع لإزالة الفئات عندما لا تكون هناك حاجة للفئات.

العلاقة بين جامع البيانات المهملة وزمن الاستجابة

يقوم جامع البيانات المهملة، بغض النظر عن أولوية تنفيذ سلاسل التطبيقات، بإيقافها دون انتظار الاكتمال. وتسمى هذه الظاهرة بحدث "أوقفوا العالم". منطقة الجيل الجديد من أداة تجميع مجمعي البيانات المهملة لها تأثير بسيط على الأداء، ولكن المشاكل تكون ملحوظة إذا كان GC يقوم بعملية تنظيف مكثفة. ينتهي بك الأمر في موقف حيث يتم تشغيل GC الصغير من الجيل الشاب باستمرار أو يدخل الجيل القديم في حالة غير منضبطة. في مثل هذه الحالة، تحتاج إلى موازنة تردد الجيل الشاب مع الأداء الذي يتطلب زيادة حجم منطقة المجمع هذه. مناطق الجيل الدائم والجيل القديم لمجمع البيانات المهملة لها تأثير كبير على أداء التطبيق واستخدام الذاكرة. تمر عملية تنظيف البيانات المهملة الكبرى هذه عبر الكومة لطرد الكائنات الميتة. تستغرق العملية وقتًا أطول من الإنشاء البسيط وقد يستغرق التأثير على الأداء وقتًا أطول. عندما تكون كثافة الغسل عالية ويكون حجم منطقة الجيل القديم كبيرًا، يتعطل أداء التطبيق بأكمله بسبب أحداث "أوقف العالم". يتطلب تحسين جمع البيانات المهملة مراقبة عدد مرات تشغيل البرنامج، والتأثير على الأداء العام، وكيفية ضبط إعدادات التطبيق لتقليل تكرار المراقبة. قد تحتاج إلى تحديد نفس الكائن الذي تم وضعه أكثر من مرة دون أن يضطر التطبيق إلى عزل نفسه عن الموضع، أو قد تحتاج إلى العثور على نقاط الضغط التي تعيق النظام بأكمله. يتطلب الحصول على التوازن الصحيح إيلاء اهتمام وثيق لكل شيء بدءًا من حمل وحدة المعالجة المركزية وحتى دورات تجميع البيانات المهملة، خاصة إذا كان الجيل الصغير والجيل القديم غير متوازنين. تساعد معالجة تسرب الذاكرة وتحسين جمع البيانات المهملة على تحسين أداء تطبيق Java. أنت تقوم حرفيًا بالتلاعب بالكثير من الأجزاء المتحركة. ولكن باستخدام النهج الصحيح لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها وأدوات التحليل المصممة لتوفير رؤية دقيقة، ستصل إلى الضوء في نهاية النفق. وإلا فإنك ستعاني من مشاكل متعلقة بالأداء. يلعب وضع الذاكرة ومراقبتها بعناية دورًا حاسمًا في تطبيق Java. أنت بحاجة إلى التحكم الكامل في التفاعل بين جمع البيانات المهملة والتخلص من الكائنات والأداء لتحسين التطبيق الخاص بك وتجنب أخطاء نفاد الذاكرة. تساعدك أدوات المراقبة على البقاء مطلعًا على المشكلات المحتملة وتسلط الضوء على اتجاهات استخدام الذاكرة بحيث يمكنك اتباع نهج استباقي لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها. غالبًا ما يُظهر تسرب الذاكرة عدم فعالية استكشاف الأخطاء وإصلاحها بالطريقة المعتادة، خاصة إذا واجهت قيم معلمات التكوين غير الصحيحة، ولكن حل المشكلات المتعلقة بالذاكرة يمكن أن يساعدك على تجنب الحوادث التي تقف في طريقك بسرعة. إن إتقان ضبط ذاكرة Java وGC يجعل عملية التطوير الخاصة بك أسهل بكثير.