spark的堆外内存，是在jvm内还是操作系统内存内？

在 Apache Spark 中，堆外内存（Off-Heap Memory）是直接分配在操作系统的物理内存中，而非 JVM 堆内内存。以下是详细的解释：

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1. 堆外内存的本质

• 操作系统管理
  Spark 的堆外内存直接通过操作系统分配（例如使用 ByteBuffer.allocateDirect() 或底层 sun.misc.Unsafe API），完全独立于 JVM 堆内存。

  • JVM 不控制这部分内存：堆外内存的分配和释放由 Spark 或用户代码显式管理（或依赖框架的内存池机制）。
  • 不受 GC 影响：堆外内存的数据不会被 JVM 垃圾回收器扫描或回收，因此没有 GC 停顿问题。

• 物理内存限制
  堆外内存的容量取决于操作系统的可用物理内存（或容器的内存限制），而非 JVM 的 -Xmx 参数。

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2. Spark 中堆外内存的用途

Spark 使用堆外内存主要为了优化性能和减少 GC 开销，常见场景包括：

1. Tungsten 引擎优化

   • 序列化后的二进制数据（如 Shuffle、Sort、Join 的中间数据）直接存储在堆外内存，减少对象头开销和 GC 压力。
   • 例如：使用 UnsafeRow 表示数据，避免 Java 对象的内存开销。

2. 网络传输（Netty）

   • Spark 使用 Netty 进行节点间数据传输，Netty 的 PooledByteBuf 默认使用堆外内存实现零拷贝（Zero-Copy），提升网络 I/O 效率。

3. 本地库交互

   • 调用 JNI 库（如某些机器学习算法）时，数据可能需要通过堆外内存与本地代码交互。

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3. 堆外内存与 JVM 的关系

尽管堆外内存由操作系统直接管理，但 Spark 的 Executor 进程本身运行在 JVM 中，因此存在以下关联：

• 进程边界
  Executor 是 JVM 进程，堆外内存由该进程通过系统调用（如 malloc）向操作系统申请，但仍属于该进程的虚拟地址空间。

  • JVM 参数的影响：堆外内存的分配不受 -Xmx（堆内存上限）限制，但可能受容器资源限制（如 YARN 的 --executor-memory）。

• 配置参数
  Spark 通过 spark.executor.memoryOverhead 参数设置堆外内存的大小（默认是 Executor 内存的 10%），用于避免容器因堆外内存超额被系统杀死（OOM Killer）。

  # 示例：为每个 Executor 额外分配 2GB 堆外内存
  spark-submit --conf spark.executor.memoryOverhead=2g
  

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4. 堆外内存的优缺点

优点	缺点
避免 GC 停顿，适合大数据量处理	需手动管理或依赖框架，容易内存泄漏
减少对象头开销，内存利用率更高	调试困难（需借助 Native 内存分析工具）
支持零拷贝，提升网络和磁盘 I/O 性能	配置不当容易导致容器 OOM（需合理设置参数）

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5. 堆内 vs 堆外内存对比

特性	堆内内存（On-Heap）	堆外内存（Off-Heap）
管理方	JVM 自动管理（GC）	手动管理或框架管理
分配位置	JVM 堆内	操作系统物理内存
访问速度	较慢（通过 JVM 引用）	较快（直接内存地址）
典型使用场景	常规 Java 对象、RDD 缓存	Shuffle 数据、网络传输、本地库交互
配置参数	spark.executor.memory	spark.executor.memoryOverhead

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6. 常见问题

为什么堆外内存可能导致 Executor 崩溃？

• 如果堆外内存分配超出容器限制（如 YARN 的 memoryOverhead 设置过小），操作系统会直接终止进程（OOM Killer），而非抛出 JVM OOM 异常。

如何监控堆外内存使用？

• Spark UI：在 Executor 页面查看 “Off-Heap Memory” 使用情况。
• Native 工具：如 pmap、jcmd 或 APM 工具（如 Prometheus + Grafana）。

堆外内存如何释放？

• 框架自动管理：Spark 的内存管理器（如 TaskMemoryManager）会在 Task 完成后回收堆外内存。
• 手动释放：调用 sun.misc.Unsafe 的 freeMemory（高风险，一般不推荐）。

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总结

• Spark 的堆外内存属于操作系统内存，由 Executor 进程直接管理，独立于 JVM 堆。
• 它的核心价值是减少 GC 开销、提升 I/O 性能，但需要合理配置参数（如 memoryOverhead）以避免容器级 OOM。
• 在 Spark 性能调优中，堆外内存的管理（如 Shuffle 优化）是关键方向之一。