JVM内存占用情况深入分析

内存分布

首先，列举一下一个JVM进程主要占用内存的一些地方：

Young
Old
metaspace
java thread count * Xss
other thread count * stacksize （非Java线程）
Direct memory
native memory
codecache

说明：包括但不限于此。

接下来一步一步验证每个区域占用的内存。并且为了验证这个问题，写了一个工具类，里面有给每个区域分配内存的方法，源码在文末。

JVM参数

运行过程中的JVM参数如下：

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -Xmx2g -Xms2g -Xmn1g
 
-XX:PretenureSizeThreshold=2M -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
 
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=90 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
 
-XX:MaxDirectMemorySize=512m -XX:MetaspaceSize=256m -XX:MaxMetaspaceSize=256m

Young+Old

我们先从最简单的堆占用内存开始，即Xmx和Xms参数申明，它包括young和old区。分别分配800M和200M内存，main方法如下：

public static void main(String[] args) throws Exception{
 
youngAllocate(800);
 
oldAllocate(200);
 
Thread.sleep(300000);
 
}

通过TOP命令查看，RES为1G：

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
 
22481 afei 20 0 4366m 1.0g 11m S 0.5 27.0 0:02.41 java

通过jstat命令也能看到，Old和Eden分别占用200M和800M。

这里再增加一个有趣的测试，young和old区分别分配1000M和1000M内存，main方法如下：

public static void main(String[] args) throws Exception{
 
youngAllocate(1000);
 
oldAllocate(1000);
 
// 为了CMS GC顺利触发，这里需要sleep 5s以上，建议时间长一点，让整个CMS GC顺利完成。
 
Thread.sleep(300000);
 
}

这样就会导致发生一次YGC和一个CMS GC，那么你认为这时候通过TOP命令查看RES结果是多少呢？这时候应该是1.8G，除了S0/S1两个区域，eden和Old区域都写入过数据，而JVM使用过的内存就不会归还给操作系统，除非JVM进程宕机或者重启，这个结论很重要：

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
 
22707 afei 20 0 4366m 1.8g 11m S 0.0 48.7 0:00.90 java

Young+Old+Metaspace

接下来，我们再通过程序在Metaspace中重复加载20w个对象，即metaspace分配200M左右的内存，main方法如下：

public static void main(String[] args) throws Exception{
 
youngAllocate(1000);
 
oldAllocate(1000);
 
metaspaceAllocate(200000);
 
Thread.sleep(60000);
 
}

通过TOP命令查看，RES为2.0G：

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
 
22781 afei 20 0 4472m 2.0g 12m S 0.0 54.7 0:07.51 java

即前面分析的1.8G+208M（213822/1024），在JVM进程退出时有一行这样的日志：

 Metaspace       used 213822K, capacity 215618K, committed 215936K, reserved 1165312K

Young+Old+Metaspace+DirectMemory

接下来，我们再通过程序给堆外分配400M，main方法如下：

public static void main(String[] args) throws Exception{
 
youngAllocate(1000);
 
oldAllocate(1000);
 
metaspaceAllocate(200000);
 
directMemoryAllocate(400);
 
Thread.sleep(60000);
 
}

通过TOP命令查看，RES为2.4G：

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
 
23329 afei 20 0 4874m 2.4g 12m S 0.0 65.2 0:12.67 java

Young+Old+Metaspace+DirectMemory+线程栈

最后就是线程栈，笔者试图通过启动20个线程，并且设置-Xss10240k，但是并没有达到预期，这里作为一个遗留问题。等笔者哪天搞懂了，再发文说明。

Xss案例

曾经群里有一个朋友就是因为Xss配置相当大导致RES占用13G左右。大概情况是这样，-Xms4g，-Xss40940k，dubbo的provider服务。熟悉dubbo服务同学知道，dubbo服务provider默认采用固定200个线程处理的方式。所以200个线程占用8G，加上4G堆，以及一些其他内存，导致RSS高达13G，恐怖！！！

codecache

这部分内存一般占用比较少，在JVM崩溃的文件hs_err_pid18480.log中有其内存占用情况：

CodeCache: size=245760Kb used=47868Kb max_used=47874Kb free=197891Kb
 bounds [0x00007f00b4de4000, 0x00007f00b7d54000, 0x00007f00c3de4000]
 total_blobs=12973 nmethods=12383 adapters=500
 compilation: enabled

知识总结

HotSpot VM自己在JIT编译器、GC工作等的一些时候都会额外临时分配一些native memory，在JDK类库也有可能会有些功能分配长期存活或者临时的native memory，然后就是各种第三方库的native部分可能分配的native memory。

总之，RES占比异常时，一一排查，不要忽略任何一部分可能消耗的内存。

jvm使用了的内存，即使GC后也不会还给操作系统。

Direct Memory内存查看：如果是JDK 7及以上版本，可以用jconsole或者VisualVM的MBeans窗口查看java.nio.BufferPool.direct属性。

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