Java虚拟机：JVM内存模型和OOM

Posted 2021-04-18 Java程序员成长之路

说在开头的话：

最近作者因为新入某厂，为了熟悉新环境，新业务，因此相对来说稍微有点忙，估计有注意到的大家也发现了作者更新文章的时间大多是在周末，2而上周因为作者好朋友的婚礼，所以也没时间来继续更新了，在这里说声抱歉啦，这周补更，而且是干货哦～

记得17年初刚开始写文章的时候，在作者的微信公众平台（growth_of_java）写了一篇关于JVM内存模型简述的文章，当时整体很浅，也只是简单介绍下，这次，作者再好好把自己的经验和大家一起分享下吧，多多欢迎大家踢馆哈～

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JVM内存模型

相信有做过简单jvm调优的同学肯定知道几个参数：-Xms -Xmx -Xmn -Xss -XX:MaxPermSize -XX:MaxMetaspaceSize ,那么，作者就以一张图再配上这几个参数来向大家描述下分别在JDK7与JDK8之间JVM内存模型本身以及区别

 

-Xmn EdenSpace,Survivor1,Survivor2三区总和（Young区）的大小

-Xms 最小heap大小

-Xmx 最大heap大小

-Xss   线程私有栈大小

-XX:MaxPermSize           最大永久代（方法区）大小

-XX:MaxMetaspaceSize 最大元空间大小

从上图可以看出，JDK7和JDK8都内存模型中都存在堆和栈两部分，其中7中额外存在一块永久代，存放相应的数据；8中去除了7中的永久代，重新定义了元空间来存放相应的数据.（这里的栈不仅仅只是线程栈，还有本地方法栈）

上图表示的是JDK7和JDK8中对应的永久代以及元空间具体存放的数据内容，其实两者之间存放的数据是差不多的，但是两者之间有一个最本质的区别，那就是永久代在逻辑上是属于堆的一部分，但是为了与堆区分，因此也叫“非堆”，因此，方法区本身就是在虚拟机内部的；而元空间，其实是存在于本地内存的，其最大值也受系统内存大小的影响。

下面，我们来看一段代码

public class HelloWorld {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloWorld.class);
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{new HelloWorld().sayHello("Hello World!");
            try {
                new CountDownLatch(1).await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
    public void sayHello(String message){
        SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("dd.MM.YYYY");
        String today = formatter.format(new Date());
        logger.info(today + ": " + message);
    }
}

而这段代码在内存中的存放如下

那么，为什么要把永久代替换成元空间这样的实现呢？

其实，如果你有这样一个疑问，你就可以从自己日常开发中去思考下，在当时使用JDK7的时候常常会遇到什么问题，尤其是在做Web开发的时候，答案很明显：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen 相信这个异常大家都很熟悉，用过JDK7的人都遇到过，而且特别频繁，但是当你将7换掉，使用8的时候，虽然对应的，会有java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace，但是，这个错误出现的概率大大得降低了。因此，这其实就是为什么永久代被移除的原因之一

其次，由于JRockit VM没有永久代的概念，为了方便Hotspot JVM与其融合，自然而然的，没有必要再有永久代了，另外，根据官方描述，在实际开发工作中，想对永久代调优其实是比较困难的，不像堆或者是栈。

 

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 OOM - java.lang.OutOfMemoryError: xxx

相信这个错误大家在日常开发中会常常遇到，那么这里小编也向大家详细介绍下这个错误的由来的情况，以便大家在遇到问题的时候可以有排查的方向

其实，从名称中可以看出，OOM整体分为两类，堆内OOM以及非堆OOM

堆内OOM又分为Java heap space 以及 GC overhead limit；非堆OOM也分为Metaspace以及Unable to create new native thread

• Java heap space 简单说来就是，当程序运行时堆内存达到设置的Xmx或者超出系统可用内存时，即会出现这个错误，但是具体产生的原因，从根本上来说有两种：内存使用量增大、内存泄漏

• 内存使用量增大 在业务大量增加，而导致内存需求超出业务预期，达到Xmx的值时

• 内存泄漏 在堆内，常见的内存泄漏其实会是由于逻辑代码上的失误而导致的Java对象泄漏

• GC overhead limit exceeded 其根本原因是当GC线程花费了大量的时间来进行垃圾回收，但是却并没有起到什么卵用，此时即会出现这个异常，而默认为当应用程序花费来98%的时间来做GC却回收不到2%的堆内存

• Metaspace 作为非堆内存中十分重要的一块，它在OOM的产生情况的表现上也是十分不足，作者结合工作中遇到的一些情况，大致进行了一下简单的分类

• 内存碎片化 由于Metaspace是通过Chunk List来管理，同时不断被回收(Enable ClassUnloading的情况下)，因此自然会面临内存碎片化的问题

• 频繁加载js，groovy脚本 由于Java允许自定义classloader，因此在频繁加载js、groovy脚本时，会不断触发defineClass操作，而一旦业务逻辑有缺陷，就会造成metaspace猛增，从而导致OOM

• MethodHandle 同上，由于自定义classloader或者是动态加载js、groovy脚本的时候，会通过构造MethodHandle同时每次都会产生一个新的MemberName，很容易导致metaspace猛增

• 由于不恰当得使用反射 当通过Method.invoke来调用反射方法时，JDK底层一班是先通过NativeMethodAccessorImpl来实现，但是当调用次数超过-Dsun.reflect.inflationThreshold的值时，会自动切换为GeneratedMethodAccessorXXX来实现，而为了反射的高效调用，JDK会对每个Method的反射调用都构造一个GeneratedMethodAccessorXXX类，并且每个GeneratedMethodAccessorXXX类都对应一个ClassLoader实例，当在对线程的环境下，很明显，这种现象将被恶化，此时很容易就会造成metaspace达到阈值造成OOM

• Unable to create new native thread 当出现这个错误的时候，其实已经说明，应用程序已经达到其可以启动的线程数量的极限了

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