מדריך לניהול זיכרון Java (ושמירת הקוד שלך)

הערת המתרגם: הרצון לתרגם את הפתק הופיע מוקדם בבוקר של יוני לאחר שקרא אותו חצי ישן בקרון רכבת תחתית. קהל יעד: אנשים שעושים את צעדיהם הראשונים בעולם ג'אווה ובשל אופי הרקע הטכני הבסיסי או הרצון שלהם, להוטים מאוד להיכנס למכסה המנוע של ג'אווה וללמוד את כל התהליכים ה"אלקטרודינמיים". אני בטוח שלמי שקורא את זה, זו תהיה נקודת ההתחלה למסע אל עולם הגדרת ה-JVM וה-GC. רוח נאה! מאמר מקורי כאן כמפתח, אתה מבלה אינספור שעות בניקוי באגים מאפליקציית Java ולהשיג ביצועים היכן שהם צריכים להיות. במהלך הבדיקה, אתה שם לב שהאפליקציה פועלת לאט יותר בהדרגה, ובסופו של דבר היא קורסת לחלוטין או פשוט מציגה ביצועים גרועים. בסופו של דבר קבל שמתרחשות דליפות זיכרון. אספן האשפה Java עושה כמיטב יכולתה להתמודד עם הדליפות הללו. אבל יש רק כל כך הרבה דברים שאפשר לעשות כשמתמודדים עם מצבים כאלה. אתה צריך דרכים לזהות שיחות דליפות זיכרון, לזהות סיבות ולהבין את תפקידו של אוסף האשפה של Java בהשפעה על ביצועי היישום הכוללים.

תסמינים עיקריים של דליפות זיכרון Java

ישנם מספר תסמינים המצביעים על כך שלאפליקציה יש בעיות דליפת זיכרון. ירידה קלה בביצועים, במקום כשל פתאומי באפליקציה, מעידה רק על דליפת זיכרון. הבעיה יכולה להתרחש בכל פעם במהלך הפעולה או רק כאשר האפליקציה מתחילה לעבוד עם כמות גדולה של נתונים או להיפך, מתחילים לשנות את קנה המידה של האפליקציה. היישום כנראה יציג שגיאת זיכרון חסר לאחר שהדליפה צרכה את כל משאבי הזיכרון הזמינים. אם תפעיל מחדש את האפליקציה ותקווה לטוב, תתקל בקריסות חוזרות ונשנות עד לתיקון הדליפה. באופן כללי, דליפות זיכרון מתרחשות כאשר הפניות לאובייקט מצטברות במקום לשחרר זיכרון. הם תופסים את כל הזיכרון הזמין ומאפשרים לאפליקציה לגשת למשאבים הדרושים לו.

שגיאות תצורה המופיעות כדליפות זיכרון

לפני שאתם בוחנים מצבים שגורמים לבעיות זיכרון ב-Java ומבצעים ניתוח, עליכם לוודא שהמחקר אינו קשור לבעיה שונה לחלוטין. כמה שגיאות מחוץ לזיכרון מתרחשות עקב שגיאות שונות, כגון שגיאות תצורה. ייתכן שהיישום חסר זיכרון ערימה או שהוא מתנגש עם יישומים אחרים במערכת. אם אתה מתחיל לדבר על בעיות זיכרון נמוך אבל לא מצליח להבין מה גורם לדליפה, תסתכל אחרת על האפליקציה. תגלו שעליך לבצע שינויים בשרשור הגמר או להגדיל את כמות שטח הדור הקבוע, שהוא אזור של זיכרון JVM לאחסון תיאורים של מחלקות Java וכמה נתונים נוספים.

היתרונות של כלי ניטור זיכרון

כלי ניטור זיכרון מספקים נראות רבה יותר לשימוש של יישום Java במשאבים הזמינים. על ידי שימוש בתוכנה זו, אתה עושה צעד לקראת צמצום החיפוש אחר שורש הבעיה של דליפות זיכרון ואירועי ביצועים אחרים. הכלים מגיעים בכמה קטגוריות, וייתכן שתצטרך להשתמש במגוון יישומים כדי להבין כיצד לסמן נכון את הבעיה ומה השתבש, גם אם אתה מתמודד עם דליפות זיכרון. קובצי dump של ערימה מספקים את המידע הדרוש לניתוח זיכרון Java. במקרה זה, עליך להשתמש בשני כלים: אחד ליצירת קובץ dump ואחר לניתוח מפורט. פתרון זה מספק מידע מפורט על מה שקורה עם האפליקציה. ברגע שהכלי מצביע על מיקומי הבעיות האפשריות ופועל לצמצום השטח כדי לגלות את המיקום המדויק של האירוע. ותקופת הזמן הזו היא הזמן של החלק הארוך והמלחיץ ביותר של ניסוי וטעייה. מנתח הזיכרון מציין מספר בעיות בקוד שלך, אך אינך בטוח לחלוטין באילו בעיות היישום שלך נתקל. אם אתה עדיין נתקל באותה שגיאה, התחל מחדש ועבוד על שגיאה אפשרית אחרת. בצע שינוי אחד בכל פעם ונסה לשכפל את השגיאה. תצטרך לתת ליישום לפעול למשך זמן מה כדי לשכפל את תנאי השגיאה. אם יש דליפת זיכרון במהלך הבדיקה הראשונה, הקפד לטעון את היישום. אפליקציה עשויה לעבוד מצוין עם כמות קטנה של נתונים, אך עשויה שוב לזרוק את אותן שגיאות כאשר עובדים עם כמות גדולה של נתונים. אם אותה שגיאה עדיין מתרחשת, עליך להתחיל מחדש ולחפש סיבה אפשרית אחרת. כלי ניטור זיכרון מוכיחים את השימושיות שלהם ברגע שהאפליקציה פועלת במלואה. אתה יכול לנטר מרחוק את ביצועי JVM ולזהות באופן יזום מצבי כשל לפני שמפתח צולל לבעיה ואוסף נתוני ביצועים היסטוריים כדי לעזור לשפר את טכניקות התכנות שלו בעתיד ולראות כיצד Java מתפקדת תחת עומס כבד. פתרונות רבים כוללים מצבי התראה של "סכנה" או מצבים דומים אחרים כך שהמפתח יוכל מיד לדעת מה משתבש. כל מפתח לא רוצה שאפליקציה קריטית בזמן הייצור תקרוס ותגרום לאובדן של עשרות או מאות אלפי דולרים בזמן השבתת האפליקציה, ולכן כלי ניטור זיכרון מפחיתים את זמן התגובה של המפתח. אפליקציות ניטור זיכרון מאפשרות לך להתחיל את תהליך האבחון באופן מיידי, במקום לבקש ממך ללכת ללקוח, שם אף אחד לא יגיד לך בדיוק איזו שגיאה קרתה או איזה קוד שגיאה האפליקציה יצרה. אם אתה מוצא את עצמך לעתים קרובות שקוע בבעיות זיכרון וביצועים של אפליקציית Java שלך, צלול עמוק לתוך תהליך הבדיקה. זהה כל אזור חלש בתהליך הפיתוח ושנה את אסטרטגיות הבדיקה שלך. התייעץ עם עמיתים והשווה את גישות הבדיקה שלך עם שיטות עבודה מומלצות קיימות. לפעמים אתה צריך לשנות פיסת קוד קטנה ולאחר מכן להבטיח השפעה מתמשכת על היישום כולו.

תפקידו של אוסף האשפה ב-Java Memory והדלפות זיכרון

אספן זבל ב-Java ממלא תפקיד מפתח בביצועי יישומים ושימוש בזיכרון. הוא מחפש חפצים שאינם בשימוש (מתים) ומוחק אותם. אובייקטים אלה אינם תופסים עוד זיכרון, כך שהאפליקציה שלך ממשיכה להבטיח זמינות משאבים. לפעמים האפליקציה לא נותנת ל-GC מספיק זמן או משאבים כדי להסיר חפצים מתים והם מצטברים. אתה עלול להיתקל במצב שבו יש גישה אקטיבית לחפצים שאתה מאמין שהם מתים. אספן האשפה לא יכול לעשות שום דבר בנידון כי... מנגנון ניהול הזיכרון האוטומטי שלו עוקף אובייקטים פעילים. בדרך כלל אספן האשפה פועל באופן אוטונומי, אבל אתה צריך לכוון את ההתנהגות שלו כדי להגיב לבעיות זיכרון חמורות. עם זאת, GC עצמו יכול לגרום לבעיות ביצועים.

אזורי GC

אספן האשפה מפריד חפצים לאזורים שונים כדי לייעל את ההרכבה. הדור הצעיר כולל חפצים שמתים במהירות. אוסף האשפה עובד באזור זה לעתים קרובות מרגע שהוא צריך לנקות. חפצים שנותרו בחיים לאחר שהגיעו לתקופה מסוימת מועברים לדור הישן. באזור הדור הישן, חפצים נשארים לאורך זמן ואינם מוסרים על ידי האספן בתדירות גבוהה. עם זאת, כאשר האספן פועל בסקופ, האפליקציה עוברת פעולה גדולה שבה האספן מסתכל דרך חפצים חיים כדי לנקות אשפה. כתוצאה מכך, אובייקטי יישום ממוקמים באזור הדור הקבוע הסופי. בדרך כלל, אובייקטים אלה כוללים את המטא-נתונים הנחוצים של JVM. האפליקציה לא מייצרת הרבה זבל ב-Permanent Generation, אבל כן צריך אספן כדי להסיר מחלקות כאשר השיעורים אינם נחוצים יותר.

הקשר בין אספן אשפה וזמן תגובה

אוסף האשפה, ללא קשר לעדיפות הביצוע של שרשורי יישומים, עוצר אותם מבלי לחכות להשלמה. תופעה זו נקראת אירוע "עצור את העולם". לאזור הדור הצעיר של אספן האשפה יש השפעה מינורית על הביצועים, אך בעיות ניכרות אם ה-GC עושה ניקוי אינטנסיבי. בסופו של דבר אתה מגיע למצב שבו ה-GC קטין של הדור הצעיר פועל כל הזמן או שהדור הישן נכנס למצב לא מבוקר. במצב כזה, אתה צריך לאזן את התדר של הדור הצעיר עם הביצועים הדורשים הגדלת שטח האספן הזה. לאזור הדור הקבוע והדור הישן של אוסף האשפה יש השפעה משמעותית על ביצועי האפליקציה ושימוש בזיכרון. פעולת ניקוי האשפה הגדולה הזו עוברת בערימה כדי לדחוף החוצה חפצים מתים. התהליך אורך זמן רב יותר מאשר בנייה מינורית והשפעת הביצועים עשויה להימשך זמן רב יותר. כאשר עוצמת הקרצוף גבוהה וגודל השטח של הדור הישן גדול, הביצועים של היישום כולו תקועים עקב אירועי "עצור את העולם". אופטימיזציה של איסוף האשפה דורשת ניטור של תדירות ההפעלה של תוכנית, ההשפעה על הביצועים הכוללים וכיצד להתאים את הגדרות האפליקציה כדי להפחית את תדירות הניטור. ייתכן שיהיה עליך לזהות את אותו חפץ שהונח יותר מפעם אחת מבלי שהאפליקציה תצטרך לגדר את עצמה מהמיקום, או אולי תצטרך למצוא את נקודות הדחיסה שמעכבות את המערכת כולה. האיזון הנכון מצריך תשומת לב רבה לכל דבר, מעומס מעבד ועד למחזורי איסוף האשפה שלך, במיוחד אם הדור הצעיר והישן אינם מאוזנים. טיפול בדליפות זיכרון ואופטימיזציה של איסוף האשפה עוזרים לשפר את הביצועים של יישום Java. אתה ממש מלהטט עם הרבה חלקים נעים. אבל עם הגישה הנכונה לפתרון בעיות וכלי ניתוח שנועדו לספק ראות קפדנית, תגיעו לאור בקצה המנהרה. אחרת, תסבול מבעיות הקשורות לביצועים. מיקום וניטור זיכרון זהירים ממלאים תפקיד קריטי ביישום Java. אתה צריך לקחת שליטה מלאה על האינטראקציה בין איסוף אשפה, סילוק חפצים וביצועים כדי לייעל את היישום שלך ולהימנע משגיאות מחוץ לזיכרון. כלי ניטור עוזרים לך להתעדכן בבעיות פוטנציאליות ולהדגיש מגמות של ניצול זיכרון כך שתנקוט בגישה יזומה לפתרון בעיות. דליפות זיכרון מראות לעתים קרובות את חוסר היעילות של פתרון בעיות בדרך הרגילה, במיוחד אם אתה נתקל בערכי פרמטרי תצורה שגויים, אך פתרון בעיות הקשורות לזיכרון יכול לעזור לך להימנע במהירות מאירועים שעומדים בדרכך. השלמות של כוונון זיכרון Java ושל GC הופכת את תהליך הפיתוח שלך להרבה יותר קל.