JVM 灵性一问——为什么用元空间替换永久代?
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JVM 灵性一问——为什么用元空间替换永久代?
前言
首先需要明确的是,以下我们讨论的HotSpot虚拟机,其他类型的虚拟机,例如JRockit与J9等,压根就没有永久代的概念。因此,下面所说的“虚拟机”都是HotSpot版本的。
要想理解这种变化的原因,需要先理解方法区、永久代与元空间的概念与之间的关系。
方法区与永久代,元空间之间的关系
方法区是一种规范,不同的虚拟机厂商可以基于规范做出不同的实现,永久代和元空间就是出于不同jdk版本的实现。
说白了,方法区就像是一个接口,永久代与元空间分别是两个不同的实现类而已。只不过永久代是这个接口最初的实现类,后来这个接口一直进行变更,直到最后彻底废弃这个实现类,由新实现类——元空间进行替代。
方法区
借用《深入理解Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践》中介绍方法区的段落
❝方法区和堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。
❞
Java7及以前版本的永久代的结构
「在Java7及以前的版本,是存在永久代的。在Java7版本时,永久代已经发生了悄悄的变化。等到Java8时,彻底废弃了永久代,由元空间替换。」
永久代与堆的构造如下:
关于堆中的Eden、from与to区域,可以先参考我的历史文章。
从上图中可以看到,永久代与堆中的老年代是连续的,这里的连续指的是物理地址连续,永久代本身并不在堆中。因此,老年代与永久代其中一个满了,都会触发Full GC。
我们可以使用以下的命令,来显示指定永久代的大小:
-XX:PremSize:设置永久代的初始大小
-XX:MaxPermSize: 设置永久代的最大值
由于方法区主要存储类的相关信息,所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。最典型的场景就是,在 jsp 页面比较多的情况,容易出现永久代内存溢出,会报出"java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space "异常。
Java7时,永久代的变化
在Java7时,仍然有永久代,永久代也与堆中的老年代连续,但永久代中存储的部分数据已经开始转移到Java Heap或Native Memory中了,比如:
符号引用(Symbols)转移到了Native Memory
字符串常量池(interned strings)转移到了Java Heap
类的静态变量(class statics)转移到了Java Heap
现在分别在Java6、7、8环境中循环调用String.intern()方法,那么分别会报出以下区域的内存溢出异常。
Java6时,内存溢出区域为永久代。因为在Java6及之前,字符串常量池在永久代中
Java7时,内存溢出区域为堆中。因为在Java7时,字符串常量池被移到堆中了。
Java8时,内存溢出区域仍然为堆中,不过此时已经没有永久代了。
Java8开始,永久代就已经消失了,由元空间取而代之。
元空间
元空间(Metaspace),不再与堆连续,而是直接存在于本地内存中,也就是机器的内存。理论上机器内存有多大,元空间的野心就有多大。但可以通过以下的参数来设置元空间的大小:
-XX:MetaspaceSize,初始空间大小,达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载,同时GC会对该值进行调整:如果释放了大量的空间,就适当降低该值;如果释放了很少的空间,那么在不超过MaxMetaspaceSize时,适当提高该值。
-XX:MaxMetaspaceSize,最大空间,默认是没有限制的。
除了上面两个指定大小的选项以外,还有两个与 GC 相关的属性:
-XX:MinMetaspaceFreeRatio,在GC之后,最小的Metaspace剩余空间容量的百分比,减少为分配空间所导致的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio,在GC之后,最大的Metaspace剩余空间容量的百分比,减少为释放空间所导致的垃圾收集
在使用-XX:MaxMetaspaceSize显示指定元空间的大小为一个比较小的值,接着在循环中动态加载过多的类,那么会报出"java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace"异常。
在Java8时,仍然使用PremSize或MaxPermSize设置永久代的大小时,会被编译器忽略并且警告。
Java8中,使用元空间替换永久代的原因
在之前的版本中,字符串常量池存在于永久代中,在大量使用字符串的情况下,非常容易出现OOM的异常。此外,J「VM加载的class的总数,方法的大小」等都很难确定,因此对永久代大小的指定难以确定。太小的永久代容易导致永久代内存溢出,太大的永久代则容易导致虚拟机内存紧张。
为什么移除持久代
它的大小是在启动时固定好的——很难进行调优。-XX:MaxPermSize,设置成多少好呢?
HotSpot的内部类型也是Java对象:它可能会在Full GC中被移动,同时它对应用不透明,且是非强类型的,难以跟踪调试,还需要存储元数据的元数据信息(meta-metadata)。
简化Full GC:每一个回收器有专门的元数据迭代器。
可以在GC不进行暂停的情况下并发地释放类数据。
使得原来受限于持久代的一些改进未来有可能实现
元空间的特点
充分利用了Java语言规范中的好处:类及相关的元数据的生命周期与类加载器的一致。
每个加载器有专门的存储空间
只进行线性分配
不会单独回收某个类
省掉了GC扫描及压缩的时间
元空间里的对象的位置是固定的
如果GC发现某个类加载器不再存活了,会把相关的空间整个回收掉
以上是关于JVM 灵性一问——为什么用元空间替换永久代?的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章