一个关于内存使用变化规律的猜想与验证

JConsole是JDK里面自带的一个工具，可以监控CPU，内存和线程等动态数据。当我们刚开始学习JConsole时，经常会发现我们监控的程序里内存使用块始终保持着变化，而且是有规律的锯齿状。就算我们坚信程序在这段时间没有任何的操作，停止在阻塞状态下，这个齿状的线条依旧。打开JConsole的相关文档，里面没谈到这点，而它上面举的例子也是一个个锯齿状的线条。这个线条举例如下：

为了测试，写一段程序代码如下：
public static void main(String[] args) throws IOException
{
int size = 10;
if( args.length > 0)
size = Integer.parseInt(args[0]);

byte[] bytes =new byte[1024*1024*size];
System.out.println( bytes.length );
System.in.read();

}

命令为java -Dcom.sun.management.jmxremote MemTest。

当程序不带参数时，它申请一个大约10M的内存空间，然后阻塞在IO上等用户输入。在JConsole的内存监控图形上，切换到具体的内存块上，我们可以看到，这10M的内存分配到旧生代上，而齿状图主要是由Eden space的变化引起的，变化的幅度大概是0~3M。由此我们可以分析到，这个齿状图不是由我们的代码引起的，而是另有原因。

考虑到JConsole用JMX收集数据，我们初步猜想这个齿状图由JMX操作而引起，下面做几个实验来验证。

1. 把数组从10M增加到30M,旧生代的内存增加为30多M，Eden Space基本保持不变，幅度仍然为0～3M,是典型的锯齿状。这验证了上边的判断，即齿状图与我们的代码无关。

2. 由于内存变化主要是在Eden Space，所以推断出是执行了一些方法，每执行完一轮，使用过的内存即被回收。在启动程序中加入参数-verbose:gc, 重新运行，观察到命令窗口打印出来的GC数据与JConsole上面的collection次数相符合，并且与锯齿线条的每次跌落相符合。

3. 用top和jstat观察。如下图是jstat所得，命令为：jstat -gcutil (pid) 3000
S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT
2.08 0.00 93.80 37.98 27.34 14 0.043 0 0.000 0.043
0.00 7.29 11.09 37.98 27.34 15 0.045 0 0.000 0.045
0.00 7.29 11.09 37.98 27.34 15 0.045 0 0.000 0.045
0.00 7.29 27.68 37.98 27.34 15 0.045 0 0.000 0.045
0.00 7.29 45.47 37.98 27.34 15 0.045 0 0.000 0.045
0.00 7.29 62.20 37.98 27.35 15 0.045 0 0.000 0.045
0.00 7.29 62.20 37.98 27.35 15 0.045 0 0.000 0.045
0.00 7.29 80.00 37.98 27.35 15 0.045 0 0.000 0.045
0.00 7.29 96.63 37.98 27.35 15 0.045 0 0.000 0.045
2.08 0.00 14.30 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048
2.08 0.00 14.30 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048
2.08 0.00 31.49 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048
2.08 0.00 48.66 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048
2.08 0.00 65.73 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048
2.08 0.00 65.73 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048
2.08 0.00 82.88 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048
2.08 0.00 100.00 38.04 27.35 16 0.048 0 0.000 0.048

从以上两条命令监控结果我们可以验证，垃圾回收操作发生在新生代，而所做的操作运行肯定在Eden Space.

4. 关掉JConsole，再观察top和jstat的结果，我们发现，所有数据保持不变，内存没有任何异动，也没有垃圾回收动作。

5. 最关键的一条证据，我们知道jConsole收集数据的默认频率为4秒，我们用以下命来把它改为20秒：
jconsole -interval=20 （pid）
得到如下的图形：


从图形中我们知道，锯齿形状保持了不变，但更缓慢了，每一个周期用的时间更长。这就直接说明了齿状图与JConsole的数据收集直接关联，每一个内存变化周期，都是由于JConsole对进程收集各种监控数据所引起。

JConsole怎么来收集这些数据呢？当然是通过JMX了，我们在JConsole里切换到"MBeans"窗口，这里有一些基本的MBeans，遍历这些JMX属性和方法后，就知道监控图形里的数据都来源于此。每一个Java程序都缺省注册了这些Mbean, 而Java虚拟机里有一个缺省的MBean Server,所有的Mbean都在这里注册，JConsole正是通过请求此MBean server来收集这些数据的。