Hi，运维，你懂Java吗--No.5：JVM--方法区&元空间

Posted 2023-02-19 龙叔运维

作为运维，你不一定要会写Java代码，但是一定要懂Java在生产跑起来之后的各种机制。

本文为《Hi，运维，你懂Java吗》系列文章 第四篇，敬请关注后续系列文章

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前言

本篇对java的JVM线程共享内存中的方法区进行系统性的讲解。

1、方法区&元空间概念

方法区是《Java虚拟机规范》中规定的一个内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。

元空间是方法区的实现。方法区的实现，JDK1.7之前是永久代，JDK1.8之后是元空间。

2、与永久代的区别

永久代和元空间的不不同点：

1、永久代在物理上是堆的一部分，元空间内存是操作系统本地内存。

2、jdk7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收效率很低，在full gc的时候才会触发。而full gc是老年代的空间不足、永久代不足时才会触发。这就导致StringTable回收效率不高。而我们开发中会有大量的字符串被创建，回收效率低，导致永久代内存不足。放到堆里，能及时回收内存。

3、元空间的回收

元空间大小会在JAVA程序运行过程中不断在GC后进行调整：

(相关参数可以查看文章后面内容)

4、类压缩空间CompressedClassSpace

4.1、什么是类压缩空间

在 64 位平台上，HotSpot 使用了两个压缩优化技术，Compressed Object Pointers (“CompressedOops”) 和 Compressed Class Pointers。

压缩指针，指的是在 64 位的机器上，使用 32 位的指针来访问数据（堆中的对象或 Metaspace 中的元数据）的一种方式。

4.2、为什么会有类压缩空间

32 位的指针占用更小的内存，可以更好地使用缓存

4.3、类压缩空间开启及参数

涉及参数如下：

-XX:+UseCompressedOops 允许对象指针压缩。默认开启。

-XX:+UseCompressedClassPointers 允许类指针压缩。默认开启。

-XX:CompressedClassSpaceSize 类压缩空间大小，默认1G，不能大于3G。

类压缩空间开启要求

1、类指针压缩开启必须需要对象指针压缩的开启，反过来则不需要

2、对象指针压缩开启要求堆大小 小于 32G，所以类压缩空间开启需要堆大小小于32G

4.4、类压缩原理介绍

注：

A、压缩的是引用klass的指针，不是klass。

B、如果类压缩空间没有开启，那么klass数据就存放在non-klass空间。

klass和non-klass空间

一个类被加载内存分配如下：

5、参数介绍及优化建议

注：可以用 java -XX:+PrintFlagsFinal -version |grep 【参数】 开查看参数的默认值

a、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。

个人建议可以和MaxMetaspaceSize设置成一样大。

b、MaxMetaspaceSize

最大元空间大小，默认是没有限制，最大限制就是操作系统本地内存的限制

建议：

1、最好限制元空间的最大大小，避免导致操作系统内存使用率过高，避免代码问题过晚暴露（如有类加载器出现泄露）。

2、如果启动之后，发现应用元空间GC过于频繁，应该调大一点。

c、MinMetaspaceFreeRatio

最小空闲比，当 Metaspace 发生 GC 后，会计算 Metaspace 的空闲比，如果空闲比(空闲空间/当前 Metaspace 大小)小于此值，就会触发 Metaspace 扩容。默认值是 40。

d、MaxMetaspaceFreeRatio

最大空闲比，当 Metaspace 发生 GC 后，会计算 Metaspace 的空闲比，如果空闲比(空闲空间/当前 Metaspace 大小)大于此值，就会触发 Metaspace 释放空间。默认值是 70 。

e、MinMetaspaceExpansion和MaxMetaspaceExpansion

这两个并不是直接限定元空间扩容的大小，而是为了增大触发 metaspace GC 的阈值。

MinMetaspaceExpansion默认332.8K，增大触发metaspace GC阈值的最小要求。

如果需要分配的内存小于MinMetaspaceExpansion，则将metaspace GC的阈值提升MinMetaspaceExpansion。

MaxMetaspaceExpansion默认5.2M，增大触发metaspace GC阈值的最大要求。

如果需要分配的内存大于MinMetaspaceExpansion但是小于MaxMetaspaceExpansion，那增量就是MaxMetaspaceExpansion。

如果需要分配的内存超过了MaxMetaspaceExpansion，那增量就是MinMetaspaceExpansion加上要分配的内存大小

注：每次分配只会给对应的线程一次扩展触发metaspace GC阈值的机会，如果扩展了，但是还不能分配，那就只能等着做GC了。

f、CompressedClassSpaceSize

类压缩空间大小，也就是klass space的大小，默认是1G，最好不要超过3G。

6、常见报错

6.1、java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

当出现这个错误的时候，很明显是加载的类过多，将元空间的内存占用完了。

第一步应该是先查看自己的-XX:MaxMetaspaceSize设置的是否合适，可以适当的增加，然后观察应用是否还会出现。这个是治标不治本，但是是见效最快的。

但是如果发现问题依然存在，而-XX:MaxMetaspaceSize的值已经不可以设置再大的时候，需要进行更深一步的排查。主要是如下两个方向进行排查：

A、引用的jar包加载了很多的class

排查应用引入的较大的jar包，去除掉多余的加载项，按照最小颗粒度加载。

B、动态生成类过多

Java的一些框架会使用动态代理技术等动态生成类（例如spring），使用这样方式创建对象可能会创建大量的类，导致元空间被占满。

6.1、java.lang.OutOfMemoryError: Compressed class space

元空间本身可以不设置MaxMetaspaceSize，从而让元空间大小没有限制，只受到本地内存大小限制。

但是了类压缩空间是有限制的，就算不设置CompressedClassSpaceSize，一样会有1G的限制大小。

分析方向和java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace一样。

7、元空间分析方法

这里只讲对应工具或者命令分析该知识点的方法，具体命令和工具会在后续文章单独讲解

6.1、jinfo命令

查看参数配置

jinfo -flag MetaspaceSize 【PID】

6.2、jstat 命令

查看元空间使用百分比

jstat -gcutil 344537 | column -t

查看元空间当前总大小及使用大小

jstat -gc 【PID】| column -t

MC是当前元空间大小

MU是当前元空间使用大小

CCSC是压缩类空间大小

CCSU是压缩类空间使用大小

元空间统计

jstat -gcmetacapacity 【PID】| column -t

MCMN:最小元数据容量

MCMX：最大元数据容量

MC：当前元数据空间大小

CCSMN：最小压缩类空间大小

CCSMX：最大压缩类空间大小

CCSC：当前压缩类空间大小

YGC：年轻代垃圾回收次数

FGC：老年代垃圾回收次数

FGCT：老年代垃圾回收消耗时间

GCT：垃圾回收消耗总时间

6.3、arthas工具

查看各个类加载器加载情况

classloader

numberOfInstances：classloader的实例数量

loadedCountTotal：该实例加载类的数量

按类加载实例查看统计信息，可以看到类加载的hashcode

classloader -l

查看类加载的继承关系

classloader -t

查看类加载器实际所在位置