JVM1.7和1.8的永久代和元空间的变化

Posted 2021-04-18 Java技术一览

    我们都知道在JDK1.8中永久代向元空间的转换。不过大家应该都有一个疑问，就是为什么要做这个转换？首先来看官方给出的解释：移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代

最后根据网上资料总结以下几点原因：

1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。

2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。

3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

4、Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一。

名词概念：
元空间: Metaspace

1，大部分类元数据都在本地内存中分配。

2，默认情况下，类元数据只受可用的本地内存限制（容量取决于是32/64位操作系统的可用虚拟内存大小）。

3，新参数（MaxMetaspaceSize）用于限制本地内存分配给类元数据的大小。如果没有指定这个参数，元空间会在运行时根据需要动态调整。

4，对于将死的类及类加载器的垃圾回收将在元数据使用达到“MaxMetaspaceSize”参数的设定值时进行。

5，实时地监控和调整元空间对于减小垃圾回收频率和减少延时是很有必要的。持续的元空间垃圾回收说明，可能存在类、类加载器导致的内存泄漏或是大小设置不合适。

永久代: PermGen

1, 这部分内存空间将全部移除。
2, JVM的参数：PermSize 和 MaxPermSize 会被忽略并给出警告（如果在启用时设置了这两个参数）。

元空间的特点：

1，每个加载器有专门的存储空间。
2，不会单独回收某个类。
3，元空间里的对象的位置是固定的。
4，如果发现某个加载器不再存货了，会把相关的空间整个回收。

详情介绍：

随着JDK8的到来，JVM不再有PermGen。但类的元数据信息（metadata）还在，只不过不再是存储在连续的堆空间上，而是移动到叫做“Metaspace”的本地内存（Native memory）中。

类的元数据信息转移到Metaspace的原因是PermGen很难调整。PermGen中类的元数据信息在每次FullGC的时候可能会被收集，但成绩很难令人满意。而且应该为PermGen分配多大的空间很难确定，因为PermSize的大小依赖于很多因素，比如JVM加载的class的总数，常量池的大小，方法的大小等。

永久代的移除对最终用户意味着什么？

由于类的元数据可以在本地内存(native memory)之外分配,所以其最大可利用空间是整个系统内存的可用空间。这样，你将不再会遇到OOM错误，溢出的内存会涌入到交换空间。最终用户可以为类元数据指定最大可利用的本地内存空间，JVM也可以增加本地内存空间来满足类元数据信息的存储。

注：永久代的移除并不意味者类加载器泄露的问题就没有了。因此，你仍然需要监控你的消费和计划，因为内存泄露会耗尽整个本地内存，导致内存交换(swapping)，这样只会变得更糟。

移动到Metaspace和它的内存分配

Metaspace VM利用内存管理技术来管理Metaspace。这使得由不同的垃圾收集器来处理类元数据的工作，现在仅仅由Metaspace VM在Metaspace中通过C++来进行管理。Metaspace背后的一个思想是，类和它的元数据的生命周期是和它的类加载器的生命周期一致的。也就是说，只要类的类加载器是存活的，在Metaspace中的类元数据也是存活的，不能被释放。

类和它的元数据的生命周期 = 类加载器的生命周期

之前我们不严格的使用这个术语“Metaspace”。更正式的，每个类加载器存储区叫做“a metaspace”。这些metaspaces一起总体称为”the Metaspace”。仅仅当类加载器不在存活，被垃圾收集器声明死亡后，该类加载器对应的metaspace空间才可以回收。Metaspace空间没有迁移和压缩。但是元数据会被扫描是否存在Java引用。

仅仅当类加载器不在存活，被垃圾收集器声明死亡后，该类加载器对应的metaspace空间才可以回收。

Metaspace VM使用一个块分配器(chunking allocator)来管理Metaspace空间的内存分配。块的大小依赖于类加载器的类型。其中有一个全局的可使用的块列表（a global free list of chunks）。当类加载器需要一个块的时候，类加载器从全局块列表中取出一个块，添加到它自己维护的块列表中。当类加载器死亡，它的块将会被释放，归还给全局的块列表。块（chunk）会进一步被划分成blocks,每个block存储一个元数据单元(a unit of metadata)。Chunk中Blocks的分配线性的（pointer bump）。这些chunks被分配在内存映射空间(memory mapped(mmapped) spaces)之外。在一个全局的虚拟内存映射空间（global virtual mmapped spaces）的链表，当任何虚拟空间变为空时，就将该虚拟空间归还回操作系统。[图片上传失败...(image-c09518-1524470109458)]

上面这幅图展示了Metaspace使用metachunks在mmapeded virual spaces分配的情形。类加载器1和3描述的是反射或匿名类加载器，使用“特定的”chunk尺寸。类加载器2和4使用小还是中等的chunk尺寸取决于加载的类数量。

Metaspace大小的调整和可以使用的工具，正如前面提到了，Metaspace VM管理Metaspace空间的增长。但有时你会想通过在命令行显示的设置参数-XX:MaxMetaspaceSize来限制Metaspace空间的增长。默认情况下，-XX:MaxMetaspaceSize并没有限制，因此，在技术上，Metaspace的尺寸可以增长到交换空间，而你的本地内存分配将会失败。

对于64位的服务器端JVM，-XX：MetaspaceSize的默认大小是21M。这是初始的限制值(the initial high watermark)。一旦达到这个限制值，FullGC将会被触发进行类卸载(当这些类的类加载器不再存活时)，然后这个high watermark被重置。新的high watermark的值依赖于空余Metaspace的容量。如果没有足够的空间被释放，high watermark的值将会上升；如果释放了大量的空间，那么high watermark的值将会下降。如果初始的watermark设置的太低，这个过程将会进行多次。你可以通过垃圾收集日志来显示的查看这个垃圾收集的过程。所以，一般建议在命令行设置一个较大的值给XX:MetaspaceSize来避免初始时的垃圾收集。

每次垃圾收集之后，Metaspace VM会自动的调整high watermark，推迟下一次对Metaspace的垃圾收集。

这两个参数，-XX：MinMetaspaceFreeRatio和-XX：MaxMetaspaceFreeRatio,类似于GC的FreeRatio参数，可以放在命令行。

名词概念：

元空间: Metaspace

1，大部分类元数据都在本地内存中分配。

2，默认情况下，类元数据只受可用的本地内存限制（容量取决于是32/64位操作系统的可用虚拟内存大小）。

3，新参数（MaxMetaspaceSize）用于限制本地内存分配给类元数据的大小。如果没有指定这个参数，元空间会在运行时根据需要动态调整。

4，对于将死的类及类加载器的垃圾回收将在元数据使用达到“MaxMetaspaceSize”参数的设定值时进行。

5，实时地监控和调整元空间对于减小垃圾回收频率和减少延时是很有必要的。持续的元空间垃圾回收说明，可能存在类、类加载器导致的内存泄漏或是大小设置不合适。

永久代: PermGen

1, 这部分内存空间将全部移除。
2, JVM的参数：PermSize 和 MaxPermSize 会被忽略并给出警告（如果在启用时设置了这两个参数）。

元空间的特点：

1，每个加载器有专门的存储空间。
2，不会单独回收某个类。
3，元空间里的对象的位置是固定的。
4，如果发现某个加载器不再存货了，会把相关的空间整个回收。

正如大家所知，JDK 8 Early Access版已经提供下载。这使开发者可以体验Java8的新特性。其中之一，是Oracle从JDK7发布以来就一直宣称的要完全移除永久代空间。例如，字符串内部池，已经在JDK7中从永久代中移除。JDK8的发布将宣告它的终结。

Java 堆内存的影响

• 一些杂项数据已经移到Java堆空间中。升级到JDK8之后，会发现Java堆 空间有所增长。

Metaspace 监控

• 元空间的使用情况可以从HotSpot1.8的详细GC日志输出中得到。

• Jstat 和 JVisualVM两个工具，在我们使用b75版本进行测试时，已经更新了，但是还是能看到老的PermGen空间的出现。

其实，移除永久代的工作从JDK1.7就开始了。字符串内部池，已经在JDK7中从永久代中移除，JDK1.7中，存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中，并没完全移除，譬如符号引用(Symbols)转移到了native heap；字面量(interned strings)转移到了java heap；类的静态变量(class statics)转移到了java heap。