คำแนะนำในการจัดการหน่วยความจำ Java (และการบันทึกรหัสของคุณ)

บันทึกของผู้แปล: ความปรารถนาที่จะแปลบันทึกนี้ปรากฏขึ้นตั้งแต่เช้าตรู่ของเดือนมิถุนายนหลังจากอ่านมันจนหลับไปในรถไฟใต้ดิน กลุ่มเป้าหมาย: ผู้คนที่กำลังก้าวแรกในโลกของ Java และเนื่องจากธรรมชาติของพื้นฐานทางเทคนิคหรือความปรารถนา พวกเขากระตือรือร้นที่จะเข้ามาอยู่ภายใต้การควบคุมของ Java และเรียนรู้กระบวนการ "อิเล็กโทรไดนามิก" ทั้งหมด ฉันแน่ใจว่าสำหรับผู้ที่อ่านข้อความนี้ นี่จะเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการเดินทางสู่โลกแห่งการกำหนดค่า JVM และ GC ลมแรง! บทความต้นฉบับที่นี่ ในฐานะนักพัฒนา คุณใช้เวลานับไม่ถ้วนในการกำจัดจุดบกพร่องจากแอปพลิเคชัน Java และรับประสิทธิภาพในจุดที่ต้องการ ในระหว่างการทดสอบ คุณสังเกตเห็นว่าแอปพลิเคชันค่อยๆ ทำงานช้าลง และสุดท้ายก็หยุดทำงานโดยสิ้นเชิงหรือแสดงประสิทธิภาพต่ำ ยอมรับในที่สุดว่าหน่วยความจำรั่วเกิดขึ้น Garbage Collector Java พยายามอย่างดีที่สุดเพื่อจัดการกับการรั่วไหลเหล่านี้ แต่มีหลายสิ่งที่สามารถทำได้เมื่อต้องเผชิญกับสถานการณ์เช่นนี้ คุณต้องการวิธีในการระบุการเรียกหน่วยความจำรั่ว ระบุสาเหตุ และทำความเข้าใจบทบาทของตัวรวบรวมขยะ Java ในการส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของแอปพลิเคชันโดยรวม

อาการหลักของการรั่วไหลของหน่วยความจำ Java

มีอาการหลายประการที่บ่งชี้ว่าแอปพลิเคชันมีปัญหาหน่วยความจำรั่ว ประสิทธิภาพที่ลดลงเล็กน้อย แทนที่จะเป็นความล้มเหลวของแอปพลิเคชันกะทันหัน บ่งชี้เพียงว่าหน่วยความจำรั่วเท่านั้น ปัญหาอาจเกิดขึ้นได้ทุกครั้งระหว่างการทำงานหรือเฉพาะเมื่อแอปพลิเคชันเริ่มทำงานกับข้อมูลจำนวนมาก หรือในทางกลับกัน คุณเริ่มปรับขนาดแอปพลิเคชัน แอปพลิเคชันอาจแสดงข้อผิดพลาดหน่วยความจำไม่เพียงพอเมื่อการรั่วไหลได้ใช้ทรัพยากรหน่วยความจำที่มีอยู่ทั้งหมด หากคุณรีสตาร์ทแอปพลิเคชันและหวังว่าจะได้ผลดีที่สุด คุณจะพบกับข้อขัดข้องซ้ำๆ จนกว่าการรั่วไหลจะได้รับการแก้ไข โดยทั่วไป หน่วยความจำรั่วเกิดขึ้นเมื่อการอ้างอิงวัตถุสะสมแทนที่จะเพิ่มหน่วยความจำ พวกเขาใช้หน่วยความจำที่มีอยู่ทั้งหมดและทำให้แอปพลิเคชันไม่สามารถเข้าถึงทรัพยากรที่ต้องการได้

ข้อผิดพลาดในการกำหนดค่าปรากฏเป็นหน่วยความจำรั่ว

ก่อนที่คุณจะพิจารณาสถานการณ์ที่ทำให้เกิดปัญหาหน่วยความจำ Java และดำเนินการวิเคราะห์ คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการวิจัยไม่เกี่ยวข้องกับปัญหาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ข้อผิดพลาดหน่วยความจำไม่เพียงพอเกิดขึ้นเนื่องจากข้อผิดพลาดต่างๆ เช่น ข้อผิดพลาดในการกำหนดค่า แอปพลิเคชันอาจมีหน่วยความจำฮีปเหลือน้อยหรืออาจขัดแย้งกับแอปพลิเคชันอื่นในระบบ หากคุณเริ่มพูดถึงปัญหาหน่วยความจำเหลือน้อยแต่ไม่รู้ว่าอะไรเป็นสาเหตุของการรั่วไหล ให้พิจารณาแอปพลิเคชันอื่น คุณจะพบว่าคุณต้องทำการเปลี่ยนแปลงเธรดการสรุปหรือเพิ่มจำนวนพื้นที่การสร้างถาวรซึ่งเป็นพื้นที่ของหน่วยความจำ JVM สำหรับจัดเก็บคำอธิบายของคลาส Java และข้อมูลเพิ่มเติมบางส่วน

ประโยชน์ของเครื่องมือตรวจสอบหน่วยความจำ

เครื่องมือตรวจสอบหน่วยความจำช่วยให้มองเห็นการใช้ทรัพยากรที่มีอยู่ของแอปพลิเคชัน Java ได้ดียิ่งขึ้น ด้วยการใช้ซอฟต์แวร์นี้ คุณจะก้าวไปสู่การจำกัดการค้นหาต้นตอของปัญหาหน่วยความจำรั่วและเหตุการณ์ด้านประสิทธิภาพอื่นๆ ให้แคบลง เครื่องมือมีหลายประเภท และคุณอาจจำเป็นต้องใช้แอพพลิเคชั่นที่หลากหลายเพื่อหาวิธีระบุปัญหาอย่างเหมาะสมและสิ่งที่ผิดพลาด แม้ว่าคุณกำลังเผชิญกับปัญหาหน่วยความจำรั่วก็ตาม ไฟล์ฮีปดัมพ์ให้ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์หน่วยความจำ Java ในกรณีนี้ คุณต้องใช้เครื่องมือสองอย่าง: เครื่องมือหนึ่งเพื่อสร้างไฟล์ดัมพ์ และอีกเครื่องมือหนึ่งสำหรับการวิเคราะห์โดยละเอียด โซลูชันนี้ให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับแอปพลิเคชัน เมื่อเครื่องมือระบุตำแหน่งของปัญหาที่อาจเกิดขึ้นและดำเนินการเพื่อจำกัดพื้นที่ให้แคบลงเพื่อค้นหาตำแหน่งที่แน่นอนของเหตุการณ์ และช่วงเวลานี้เป็นช่วงเวลาของการลองผิดลองถูกที่ยาวที่สุดและบีบคั้นอารมณ์มากที่สุด ตัววิเคราะห์หน่วยความจำระบุถึงปัญหาหลายประการในโค้ดของคุณ แต่คุณไม่แน่ใจอย่างแน่นอนว่าแอปพลิเคชันของคุณกำลังประสบปัญหาอะไร หากคุณยังคงพบข้อผิดพลาดเดิม ให้เริ่มต้นใหม่และแก้ไขข้อผิดพลาดอื่นที่เป็นไปได้ ทำการเปลี่ยนแปลงทีละรายการและพยายามทำซ้ำข้อผิดพลาด คุณจะต้องปล่อยให้แอปพลิเคชันทำงานสักระยะหนึ่งเพื่อทำซ้ำเงื่อนไขข้อผิดพลาด หากมีหน่วยความจำรั่วในระหว่างการทดสอบครั้งแรก อย่าลืมโหลดการทดสอบแอปพลิเคชัน แอปพลิเคชันอาจทำงานได้ดีกับข้อมูลจำนวนเล็กน้อย แต่อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดเดิมอีกครั้งเมื่อทำงานกับข้อมูลจำนวนมาก หากข้อผิดพลาดเดิมยังคงเกิดขึ้น คุณจะต้องเริ่มต้นใหม่และค้นหาสาเหตุอื่นที่เป็นไปได้ เครื่องมือตรวจสอบหน่วยความจำจะพิสูจน์ประโยชน์เมื่อแอปพลิเคชันทำงานได้อย่างสมบูรณ์ คุณสามารถตรวจสอบประสิทธิภาพของ JVM จากระยะไกลและตรวจจับสถานการณ์ความล้มเหลวในเชิงรุกก่อนที่นักพัฒนาจะจัดการกับปัญหาและรวบรวมข้อมูลประสิทธิภาพในอดีตเพื่อช่วยปรับปรุงเทคนิคการเขียนโปรแกรมของพวกเขาในอนาคต และดูว่า Java ทำงานอย่างไรภายใต้ภาระงานหนัก วิธีแก้ปัญหาหลายอย่างรวมถึงโหมดการแจ้งเตือน "อันตราย" หรือโหมดอื่นที่คล้ายคลึงกัน เพื่อให้นักพัฒนาสามารถทราบได้ทันทีว่าเกิดอะไรขึ้น นักพัฒนาทุกคนไม่ต้องการให้แอปพลิเคชันที่สำคัญเสียหายในระหว่างที่ใช้งานจริงและทำให้สูญเสียเงินนับหมื่นหรือหลายแสนดอลลาร์ในระหว่างที่แอปพลิเคชันหยุดทำงาน ดังนั้นเครื่องมือตรวจสอบหน่วยความจำจึงลดเวลาตอบสนองของนักพัฒนาลง แอปพลิเคชันตรวจสอบหน่วยความจำช่วยให้คุณเริ่มกระบวนการวินิจฉัยได้ทันที แทนที่จะขอให้คุณไปหาลูกค้า โดยจะไม่มีใครบอกคุณได้อย่างแน่ชัดว่าเกิดข้อผิดพลาดอะไรหรือรหัสข้อผิดพลาดใดที่แอปพลิเคชันสร้างขึ้น หากคุณพบว่าตัวเองจมอยู่กับปัญหาหน่วยความจำและประสิทธิภาพของแอปพลิเคชัน Java ของคุณบ่อยครั้ง ให้เจาะลึกกระบวนการทดสอบ ระบุจุดอ่อนแต่ละจุดในกระบวนการพัฒนาและเปลี่ยนแปลงกลยุทธ์การทดสอบของคุณ ปรึกษากับเพื่อนร่วมงานและเปรียบเทียบวิธีการทดสอบของคุณกับแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดที่มีอยู่ บางครั้งคุณจำเป็นต้องแก้ไขโค้ดเล็กๆ น้อยๆ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าแอปพลิเคชันทั้งหมดจะได้รับผลกระทบที่ยั่งยืน

บทบาทของ Garbage Collector ต่อหน่วยความจำ Java และหน่วยความจำรั่ว

Garbage Collector ใน Java มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันและการใช้หน่วยความจำ ค้นหาวัตถุที่ไม่ได้ใช้ (เสีย) แล้วลบทิ้ง ออบเจ็กต์เหล่านี้ไม่ใช้หน่วยความจำอีกต่อไป ดังนั้นแอปพลิเคชันของคุณจึงยังคงรับประกันความพร้อมใช้งานของทรัพยากร บางครั้งแอปพลิเคชันไม่ได้ให้เวลาหรือทรัพยากรแก่ GC เพียงพอในการลบวัตถุที่เสียหายและวัตถุเหล่านั้นก็สะสมอยู่ คุณอาจพบสถานการณ์ที่มีการเข้าถึงวัตถุที่คุณเชื่อว่าเสียชีวิตแล้ว คนเก็บขยะทำอะไรไม่ได้เพราะ... กลไกการจัดการหน่วยความจำอัตโนมัติจะข้ามวัตถุที่ใช้งานอยู่ โดยทั่วไปตัวรวบรวมขยะจะทำงานโดยอัตโนมัติ แต่คุณต้องปรับแต่งลักษณะการทำงานของตัวรวบรวมขยะเพื่อตอบสนองต่อปัญหาหน่วยความจำที่รุนแรง อย่างไรก็ตาม GC เองอาจทำให้เกิดปัญหาด้านประสิทธิภาพได้

พื้นที่ GC

ตัวรวบรวมขยะจะแยกวัตถุออกเป็นส่วนต่างๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประกอบ Young Generation นำเสนอวัตถุที่ตายอย่างรวดเร็ว คนเก็บขยะมักจะทำงานในบริเวณนี้ตั้งแต่ต้องทำความสะอาด วัตถุที่ยังมีชีวิตอยู่หลังจากถึงช่วงระยะเวลาหนึ่งจะถูกโอนไปยังรุ่นเก่า ในพื้นที่รุ่นเก่า วัตถุจะคงอยู่เป็นเวลานานและผู้สะสมไม่ได้นำออกบ่อยนัก อย่างไรก็ตาม เมื่อตัวรวบรวมทำงานในขอบเขต แอปพลิเคชันจะผ่านการดำเนินการขนาดใหญ่โดยที่ตัวรวบรวมมองผ่านออบเจ็กต์ที่มีชีวิตเพื่อล้างขยะ เป็นผลให้ออบเจ็กต์แอปพลิเคชันอยู่ในพื้นที่การสร้างถาวรขั้นสุดท้าย โดยทั่วไปแล้ว อ็อบเจ็กต์เหล่านี้จะมีข้อมูลเมตา JVM ที่จำเป็น แอปพลิเคชันไม่สร้างขยะมากนักในการสร้างถาวร แต่จำเป็นต้องมีตัวรวบรวมเพื่อลบคลาสเมื่อไม่ต้องการคลาสอีกต่อไป

ความสัมพันธ์ระหว่าง Garbage Collector และเวลาตอบสนอง

ตัวรวบรวมขยะ โดยไม่คำนึงถึงลำดับความสำคัญในการดำเนินการของเธรดแอปพลิเคชัน จะหยุดการทำงานเหล่านั้นโดยไม่ต้องรอให้เสร็จสิ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเหตุการณ์ "หยุดโลก" ภูมิภาค Young Generation ของตัวรวบรวมขยะมีผลกระทบเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพการทำงาน แต่ปัญหาจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนหาก GC กำลังทำการล้างข้อมูลแบบเข้มข้น คุณจะตกอยู่ในสถานการณ์ที่ Young Generation minor GC ทำงานอยู่ตลอดเวลา หรือ Old Generation เข้าสู่สถานะที่ไม่สามารถควบคุมได้ ในสถานการณ์เช่นนี้ คุณต้องสร้างสมดุลระหว่างความถี่ของคนรุ่นใหม่กับประสิทธิภาพที่ต้องเพิ่มขนาดของพื้นที่ตัวรวบรวมนี้ ภูมิภาครุ่นถาวรและรุ่นเก่าของตัวรวบรวมขยะมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันและการใช้หน่วยความจำ การดำเนินการล้างขยะครั้งใหญ่นี้ต้องผ่านฮีปเพื่อผลักวัตถุที่ตายแล้วออกไป กระบวนการนี้ใช้เวลานานกว่ารุ่นรองและผลกระทบด้านประสิทธิภาพอาจใช้เวลานานกว่านั้น เมื่อความเข้มข้นในการขัดสูงและขนาดพื้นที่รุ่นเก่ามีขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันทั้งหมดจะหยุดชะงักเนื่องจากเหตุการณ์ "หยุดโลก" การเพิ่มประสิทธิภาพการรวบรวมขยะจำเป็นต้องมีการตรวจสอบความถี่ในการรันโปรแกรม ผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวม และวิธีการปรับการตั้งค่าแอปพลิเคชันเพื่อลดความถี่ในการตรวจสอบ คุณอาจต้องระบุวัตถุเดียวกันที่วางมากกว่าหนึ่งครั้งโดยที่แอปพลิเคชันไม่ต้องกั้นตัวเองออกจากตำแหน่ง หรือคุณอาจต้องค้นหาจุดบีบอัดที่ยึดทั้งระบบไว้ด้านหลัง การสร้างสมดุลให้เหมาะสมนั้นจำเป็นต้องให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดกับทุกสิ่งตั้งแต่โหลดของ CPU ไปจนถึงวงจรการเก็บขยะของคุณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคนรุ่นใหม่และรุ่นเก่าไม่สมดุล การจัดการกับหน่วยความจำรั่วและการเพิ่มประสิทธิภาพการรวบรวมขยะจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของแอปพลิเคชัน Java คุณกำลังเล่นกลกับส่วนที่เคลื่อนไหวได้มากมาย แต่ด้วยวิธีการแก้ไขปัญหาที่ถูกต้องและเครื่องมือวิเคราะห์ที่ออกแบบมาเพื่อให้ทัศนวิสัยที่เข้มงวด คุณจะไปถึงแสงสว่างที่ปลายอุโมงค์ มิฉะนั้น คุณจะประสบปัญหาเกี่ยวกับประสิทธิภาพการทำงาน การวางตำแหน่งหน่วยความจำและการมอนิเตอร์อย่างระมัดระวังมีบทบาทสำคัญในแอปพลิเคชัน Java คุณต้องควบคุมการโต้ตอบระหว่างการรวบรวมขยะ การกำจัดอ็อบเจ็กต์ และประสิทธิภาพอย่างเต็มที่ เพื่อปรับแอปพลิเคชันของคุณให้เหมาะสม และหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดหน่วยความจำไม่เพียงพอ เครื่องมือตรวจสอบช่วยให้คุณทราบปัญหาที่อาจเกิดขึ้นและเน้นแนวโน้มการใช้หน่วยความจำเพื่อให้คุณใช้แนวทางเชิงรุกในการแก้ไขปัญหา หน่วยความจำรั่วมักแสดงให้เห็นถึงความไร้ประสิทธิภาพของการแก้ไขปัญหาด้วยวิธีปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณพบค่าพารามิเตอร์การกำหนดค่าที่ไม่ถูกต้อง แต่การแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับหน่วยความจำสามารถช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงเหตุการณ์ที่ขวางทางคุณได้อย่างรวดเร็ว ความสมบูรณ์แบบของการปรับแต่งหน่วยความจำ Java และ GC ทำให้กระบวนการพัฒนาของคุณง่ายขึ้นมาก