JDK8-废弃永久代(PermGen)迎来元空间(Metaspace)

一、背景

1.1 永久代(PermGen)在哪里?

根据,hotspot jvm结构如下(虚拟机栈和本地方法栈合一起了):

http://cdn.telami.cn/WechatIMG1025.jpeg 上图引自网络,但有个问题:方法区和heap堆都是线程共享的内存区域。 关于方法区和永久代: 在HotSpot JVM中,这次讨论的永久代,就是上图的方法区(JVM规范中称为方法区)。《Java虚拟机规范》只是规定了有方法区这么个概念和它的作用,并没有规定如何去实现它。

在其他JVM上不存在永久代。

1.2 JDK8永久代的废弃

JDK8 永久代变化如下图: http://cdn.telami.cn/WechatIMG1026.jpeg 1.新生代:Eden+From Survivor+To Survivor

2.老年代:OldGen

3.永久代(方法区的实现) : PermGen—–>替换为Metaspace(本地内存中)

二、为什么废弃永久代(PermGen)

2.1 官方说明

参照JEP122:http://openjdk.java.net/jeps/122,原文截取:

Motivation This is part of the JRockit and Hotspot convergence effort. JRockit customers do not need to configure the permanent generation (since JRockit does not have a permanent generation) and are accustomed to not configuring the permanent generation.

即: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。 2.2 现实使用中易出问题

由于永久代内存经常不够用或发生内存泄露,爆出异常java.lang.OutOfMemoryError: PermGen

三、深入理解元空间(Metaspace)

3.1元空间的内存大小

元空间是方法区的在HotSpot jvm 中的实现,方法区主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分,但是为了与堆进行区分,通常又叫“非堆”。

元空间的本质和永久代类似,都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。,理论上取决于32位/64位系统可虚拟的内存大小。可见也不是无限制的,需要配置参数。 3.2常用配置参数

1.MetaspaceSize

初始化的Metaspace大小,控制元空间发生GC的阈值。GC后,动态增加或降低MetaspaceSize。在默认情况下,这个值大小根据不同的平台在12M到20M浮动。使用Java -XX:+PrintFlagsInitial命令查看本机的初始化参数

2.MaxMetaspaceSize

限制Metaspace增长的上限,防止因为某些情况导致Metaspace无限的使用本地内存,影响到其他程序。在本机上该参数的默认值为4294967295B(大约4096MB)。

3.MinMetaspaceFreeRatio

当进行过Metaspace GC之后,会计算当前Metaspace的空闲空间比,如果空闲比小于这个参数(即实际非空闲占比过大,内存不够用),那么虚拟机将增长Metaspace的大小。默认值为40,也就是40%。设置该参数可以控制Metaspace的增长的速度,太小的值会导致Metaspace增长的缓慢,Metaspace的使用逐渐趋于饱和,可能会影响之后类的加载。而太大的值会导致Metaspace增长的过快,浪费内存。

4.MaxMetasaceFreeRatio

当进行过Metaspace GC之后, 会计算当前Metaspace的空闲空间比,如果空闲比大于这个参数,那么虚拟机会释放Metaspace的部分空间。默认值为70,也就是70%。

5.MaxMetaspaceExpansion

Metaspace增长时的最大幅度。在本机上该参数的默认值为5452592B(大约为5MB)。

6.MinMetaspaceExpansion

Metaspace增长时的最小幅度。在本机上该参数的默认值为340784B(大约330KB为)。

3.3测试并追踪元空间大小

3.3.1.测试字符串常量

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    public class StringOomMock {
        static String  base = "string";
        
        public static void main(String[] args) {
            List<String> list = new ArrayList<String>();
            for (int i=0;i< Integer.MAX_VALUE;i++){
                String str = base + base;
                base = str;
                list.add(str.intern());
            }
        }
    }

在IDEA run –> edit configurations –> VM options 参数如下:

-Xms20m -Xmx20m -XX:PermSize=8m -XX:MaxPermSize=8m

由于设定了最大内存20M,很快就溢出,如下:

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    Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option PermSize=8m; support was removed in 8.0
    Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option MaxPermSize=8m; support was removed in 8.0
    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332)
    	at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(AbstractStringBuilder.java:124)
    	at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:448)
    	at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:136)
    	at cn.pilipa.learning.StringOomMock.main(StringOomMock.java:12)
    
    Process finished with exit code 1

可见在jdk8中:

1.字符串常量由永久代转移到堆中。

2.持久代已不存在,PermSize MaxPermSize参数已移除。(看图中开头两行)

3.3.2.测试元空间溢出 根据定义,我们以加载类来测试元空间溢出,代码如下:

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    package cn.pilipa.learning;
    
    import java.io.File;
    import java.lang.management.ClassLoadingMXBean;
    import java.lang.management.ManagementFactory;
    import java.net.URL;
    import java.net.URLClassLoader;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * @ClassName:OOMTest
     * @Description:模拟类加载溢出(元空间oom)
     */
    public class OOMTest {
      public static void main(String[] args) {
        try {
          //准备url
          URL url = new File("/Users/telami/pilipa/learning/target/classes/cn/pilipa/learning").toURI().toURL();
          URL[] urls = {url};
          //获取有关类型加载的JMX接口
          ClassLoadingMXBean loadingBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
          //用于缓存类加载器
          List<ClassLoader> classLoaders = new ArrayList<>();
          while (true) {
            //加载类型并缓存类加载器实例
            ClassLoader classLoader = new URLClassLoader(urls);
            classLoaders.add(classLoader);
            classLoader.loadClass("cn.pilipa.learning.ClassA");
            //显示数量信息(共加载过的类型数目,当前还有效的类型数目,已经被卸载的类型数目)
            System.out.println("total: " + loadingBean.getTotalLoadedClassCount());
            System.out.println("active: " + loadingBean.getLoadedClassCount());
            System.out.println("unloaded: " + loadingBean.getUnloadedClassCount());
          }
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }

为了快速溢出,设置参数:-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=80m,运行结果如下: http://cdn.telami.cn/WechatIMG1027.jpeg 上图证实了,我们的JDK8中类加载(方法区的功能)已经不在永久代PerGem中了,而是Metaspace中。可以配合JVisualVM来看,更直观一些。

四、总结

本文讲解了元空间(Metaspace)的由来和本质,常用配置,以及监控测试。元空间的大小是动态变更的,但不是无限大的,最好也时常关注一下大小,以免影响服务器内存。