JVM内存布局

JVM 进程总内存空间 (OS Physical RAM)
├── 1. Java 堆内存区 (Java Heap) 【线程共享 | GC核心管理】
│   ├── 年轻代 (Young Generation)
│   │   ├── Eden 区
│   │   ├── Survivor 0 (S0 / From) 区
│   │   └── Survivor 1 (S1 / To) 区
│   ├── 老年代 (Old Generation)
│   └── 字符串常量池 (String Table) 【JDK 7+ 迁入堆内】
│
└── 2. 本地内存 / 堆外内存 (Native Memory / Off-Heap)
    ├── 2.1 类元数据与代码区 (Class & Code Space) 【线程共享】
    │   ├── 元空间 (Metaspace) 【JDK 8+ 存储 Class 结构、字段、方法字节码、运行时常量池】
    │   └── JIT 代码缓存 (Code Cache) 【存储 C1/C2 编译器生成的机器原生指令】
    │
    ├── 2.2 JVM 本地堆区 (JVM C-Heap) 【线程共享 | JVM C++ 层面分配】
    │   ├── 对象监视器 (ObjectMonitor) 【重量级锁 C++ 结构体】
    │   ├── 符号表 (Symbol Table) & 内部元数据
    │   └── Unsafe / Foreign API (FFM) 动态内存申请区
    │
    ├── 2.3 线程私有内存区 (Per-Thread Native Space) 【线程私有 | 随线程生命周期创建/销毁】
    │   ├── Java 虚拟机栈 (JVM Stack)
    │   │   └── 栈帧 (Stack Frame)
    │   │       ├── 局部变量表 (Local Variable Table)
    │   │       ├── 操作数栈 (Operand Stack)
    │   │       ├── 动态链接 (Dynamic Linking)
    │   │       └── 方法出口/返回地址 (Return Value)
    │   ├── 本地方法栈 (Native Method Stack) 【服务于 JNI / Native C/C++ 方法】
    │   ├── 程序计数器 (Program Counter Register) 【记录当前执行指令地址，无 OOM】
    │   └── 线程控制开销 【OS 线程控制块 (TCB) & 保护页 (Guard Pages)】
    │
    ├── 2.4 GC 辅助数据区 (GC Memory Overhead) 【线程共享】
    │   ├── 卡表 (Card Table)
    │   ├── 记忆集 (Remembered Sets / RSet - G1 GC)
    │   └── 标记位图 (Mark Bitmaps - ZGC/Shenandoah)
    │
    └── 2.5 堆外 Direct / I/O 缓冲区 (Direct & Mapped Memory) 【线程共享】
        ├── 直接内存 (Direct Memory / DirectByteBuffer) 【Netty/NIO 高性能传输】
        └── 内存映射文件 (Memory-Mapped Files / MappedByteBuffer / MMAP)

在日常开发与运维中，当我们用 top 或 ps 命令看到 Java 进程的 RES（物理常驻内存） 远超 -Xmx 设置的堆大小时，往往是因为堆外 Native 内存被大量占用。

为了实现对 JVM 进程内存的全方位排查，本文将按照 JVM 全景内存树 的层次结构，逐一列出各内存区域的本地观测命令与排查工具。

一、最强排查总纲： Native Memory Tracking (NMT)

在观测各个细分区域前，强烈建议 在应用启动时开启 HotSpot 的 NMT 功能。它是唯一能从 JVM 内部将 Native 内存分类统计的工具。

1. 开启参数

# 生产环境推荐 summary（性能损耗 < 1%）
java -XX:NativeMemoryTracking=summary -Xms4g -Xmx4g -jar app.jar

# 排查疑难杂症时推荐 detail（记录 CallSite 栈，开销略高）
java -XX:NativeMemoryTracking=detail -jar app.jar

2. 查看全景内存报告

jcmd <PID> VM.native_memory summary

3. 基线对比（排查堆外内存泄漏利器）

# 1. 刚启动或正常运行时建立基线 (Baseline)
jcmd <PID> VM.native_memory baseline

# 2. 运行一段时间或内存飙升后进行对比 (Diff)
jcmd <PID> VM.native_memory summary.diff

(结果中会清晰标注出哪个 Native 区域增加了 +KB/MB)

二、分区域本地观测指令与工具速查

JVM 进程总内存空间 (OS Physical RAM)
├── 1. Java 堆内存区 (Java Heap)
├── 2.1 类元数据与代码区 (Metaspace & Code Cache)
├── 2.2 JVM 本地堆区 (C-Heap & ObjectMonitor 监视器)
├── 2.3 线程私有内存区 (JVM Stacks & TCB)
├── 2.4 GC 辅助数据区 (Card Table & RSet)
└── 2.5 堆外 Direct / I/O 缓冲区 (Direct Memory & MMAP)

1. Java 堆内存区 (Java Heap)

包含：年轻代（Eden、S0、S1）、老年代、字符串常量池（String Table）。

命令行实战（jstat 实时监控）：

# 每 1000ms 打印一次堆各区域使用率和 GC 统计
jstat -gcutil <PID> 1000

# 查看堆的具体容量与容量上限（KB）
jstat -gccapacity <PID>

查看堆内存摘要（jmap / jcmd）：

# 查看堆内存配置与各代使用情况
jcmd <PID> GC.heap_info

# 传统命令（注意：jmap -heap 在某些 JDK 版本会导致进程短暂 Pause）
jmap -heap <PID>

对象直方图（查看哪些对象最占内存）：

# 打印存活对象的数量与字节大小（前 20 项）
jcmd <PID> GC.class_histogram | head -n 20

Dump 堆内存离线分析：

jcmd <PID> GC.heap_dump /tmp/heap.hprof
# 使用 Eclipse MAT (Memory Analyzer Tool) 或 IDEA 分析 .hprof 文件

2. 类元数据与代码区 (Metaspace & Code Cache)

包含：元空间（Metaspace，存储 Klass 结构/方法字节码）、JIT 代码缓存（Code Cache）。

NMT 指标项：对应报告中的 Class 和 Code。

查看元空间详细统计 (jcmd)：

# 查看 Metaspace 的占用、块大小、已加载类数量
jcmd <PID> VM.metaspace

查看类加载数量与动态追踪：

# 统计已加载类数量与占用
jcmd <PID> GC.class_stats

# 实时打印类的加载与卸载日志（启动参数）
java -Xlog:class+load=info,class+unload=info -jar app.jar

查看 Code Cache 占用：

# 查看 JIT 编译生成的机器码缓存占用
jcmd <PID> Compiler.codecache

3. JVM 本地堆区 (JVM C-Heap & 监视器)

包含：重量级锁结构体（ObjectMonitor）、符号表（Symbol Table）、Unsafe/FFM 动态分配内存。

重点：ObjectMonitor 位于 C-Heap 中，JVM 并没有直接暴露 "Monitor 数量 * 字节数" 的独立命令，需结合 NMT 的 Internal 区域与线程锁日志综合判定。

NMT 指标项：对应报告中的 Internal（内含 Monitor）和 Symbol。

检测锁竞争与重量级锁（ Monitor ）：

# 1. 查看线程 Dump，排查被阻塞在 Object.wait() 或 synchronized 上的线程数量
jcmd <PID> Thread.print | grep -i "waiting to lock" -A 3

# 2. 统计死锁和锁持有的总体情况
jcmd <PID> Thread.print | grep -i "locked <0x"

观测符号表 (Symbol Table)：

# 查看符号表与字符串表的统计信息（占用大量 Internal/Symbol 内存时排查）
jcmd <PID> VM.stringtable -verbose
jcmd <PID> VM.symboltable -verbose

4. 线程私有内存区 (Per-Thread Native Space)

包含：Java 虚拟机栈（-Xss）、本地方法栈、程序计数器、OS 线程控制块 (TCB) & 保护页。

NMT 指标项：对应报告中的 Thread。

统计进程中的操作系统线程数：

# Linux 下统计该 JVM 进程创建的所有轻量级进程/线程数
pstree -p <PID> | wc -l
# 或
ls /proc/<PID>/task | wc -l

推算线程栈 Native 总内存：
$\text{Thread Native Memory} \approx \text{线程总数} \times \text{-Xss 大小} + \text{OS 线程开销 (约 32-64KB/线程)}$

5. GC 辅助数据区 (GC Memory Overhead)

包含：卡表（Card Table）、记忆集（Remembered Sets / RSet，如 G1）、标记位图（ZGC/Shenandoah）。

NMT 指标项：对应报告中的 GC。
观测 G1 GC 的 RSet 内存开销：
```
# 启动参数开启 GC 详细统计日志
java -Xlog:gc+remset*=trace -jar app.jar
```
(注：在大堆场景下，G1 的 RSet 可能会在 NMT 的 GC 项中占用数个 GB 的 Native 内存。)

6. 堆外 Direct / I/O 缓冲区 (Direct Memory & MMAP)

包含：通过 ByteBuffer.allocateDirect() 分配的直接内存、MappedByteBuffer 映射文件。

NMT 指标项：对应报告中的 Other 或 Unknown。

使用 JMX (JConsole / VisualVM / jcmd) 实时获取：

通过 JMX 节点 java.nio:type=BufferPool,name=direct 可获取精准数值：

# 使用 jcmd 读取 Direct Buffer Pool 指标
jcmd <PID> ManagementAgent.start_local
# 配合 JConsole 或 mbean 命令行工具查看：
# - Count (缓冲区数量)
# - MemoryUsed (实际已使用字节数)
# - TotalCapacity (申请的总容量)

使用 pmap 排查内存映射文件 (MMAP)：

# 打印内存地址映射表，过滤出大于 10MB 的匿名内存块或 mapped file
pmap -x <PID> | awk '$3 > 10240 {print $0}' | sort -n -k3

三、操作系统（OS）视角工具

当你想验证 JVM 各区域内存相加是否等于系统物理占用时，请使用以下 OS 级命令：

1. `top` / `ps`：查看物理内存 (RES) 与虚拟内存 (VIRT)

# 查看指定进程的内存指标
top -p <PID>

# 输出字段说明：
# VIRT: 虚拟内存（预订保留的内存，不一定占用真实物理内存）
# RES : 常驻物理内存（JVM 实际吃掉的操作系统物理内存）

2. `/proc/<PID>/smaps`：精确分析物理内存占用

# 查看该 Java 进程各个内存段的真实 Pss/Rss 物理内存分布
cat /proc/<PID>/smaps_rollup

# 查找哪块 Native 内存段占用了最大物理内存
cat /proc/<PID>/smaps | grep -E "(Rss|Pss|Size):" | head -n 30

四、总结：常用命令一览表

内存区域	首选命令行工具	关键命令 / 节点
全景 Native 内存	`jcmd`	`jcmd <PID> VM.native_memory summary`
Java 堆 (Heap)	`jstat` / `jcmd`	`jstat -gcutil <PID> 1000` / `jcmd <PID> GC.heap_info`
元空间 (Metaspace)	`jcmd`	`jcmd <PID> VM.metaspace`
C-Heap (Monitor)	`jcmd` (NMT)	NMT 的 `Internal` 区域 + `jcmd <PID> Thread.print`
线程栈 (Thread Stack)	`pstree` / `jcmd`	`ls /proc/<PID>/task \| wc -l`
直接内存 (Direct)	JMX / MBean	`java.nio:type=BufferPool,name=direct`
OS 物理内存 (RES)	`top` / `pmap`	`top -p <PID>` / `pmap -x <PID>`

提示：建议将 jcmd <PID> VM.native_memory baseline 与 summary.diff 写入日常运维脚本，在遇到堆外内存泄漏时能够第一时间抓取内存增量快照。

#Java

JVM内存布局

https://blog.cikaros.cn/archives/jvmnei-cun-bu-ju

作者

Cikaros

发布于

2026年07月24日

许可协议

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JVM内存布局

一、 最强排查总纲： Native Memory Tracking (NMT)

1. 开启参数

2. 查看全景内存报告

3. 基线对比（排查堆外内存泄漏利器）

二、 分区域本地观测指令与工具速查

1. Java 堆内存区 (Java Heap)

2. 类元数据与代码区 (Metaspace & Code Cache)

3. JVM 本地堆区 (JVM C-Heap & 监视器)

4. 线程私有内存区 (Per-Thread Native Space)

5. GC 辅助数据区 (GC Memory Overhead)

6. 堆外 Direct / I/O 缓冲区 (Direct Memory & MMAP)

三、 操作系统（OS）视角工具

1. top / ps：查看物理内存 (RES) 与虚拟内存 (VIRT)

2. /proc/<PID>/smaps：精确分析物理内存占用

四、 总结：常用命令一览表

一、最强排查总纲： Native Memory Tracking (NMT)

二、分区域本地观测指令与工具速查

三、操作系统（OS）视角工具

1. `top` / `ps`：查看物理内存 (RES) 与虚拟内存 (VIRT)

2. `/proc/<PID>/smaps`：精确分析物理内存占用

四、总结：常用命令一览表