深入探究JVM（2） - 探秘Metaspace

时间：2021-11-10 17:22:57

深入探究JVM（2） - 探秘Metaspace

Java 8彻底将永久代移除出了HotSpot JVM，将其原有的数据迁移至Java Heap或Metaspace。这一篇文章我们来总结一下Metaspace（元空间）的特性。如有错误，敬请指出，谢谢~

一、引言：永久代为什么被移出HotSpot JVM了？

详见：JEP 122: Remove the Permanent Generation
原因主要有两个：

  • 1、由于Permanent Generation内存经常不够用或发生内存泄露，引发恼人的java.lang.OutOfMemoryError: PermGen （在Java Web开发中非常常见）。
  • 2、移除Permanent Generation可以促进HotSpot JVM与 JRockit VM的融合，因为JRockit没有永久代。

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.

根据上面的各种原因，永久代最终被移除，方法区移至Metaspace，字符串常量移至Java Heap。

二、探秘元空间

由于Metaspace的资料比较少，这里主要是依据Oracle官方的Java虚拟机规范及Oracle Blog里的几篇文章来总结的。
首先，Metaspace（元空间）是哪一块区域？官方的解释是：

In JDK 8, classes metadata is now stored in the native heap and this space is called Metaspace.

也就是说，JDK 8开始把类的元数据放到本地化的堆内存(native heap)中，这一块区域就叫Metaspace，中文名叫元空间。

1、优点

使用本地化的内存有什么好处呢？最直接的表现就是java.lang.OutOfMemoryError: PermGen 空间问题将不复存在，因为默认的类的元数据分配只受本地内存大小的限制，也就是说本地内存剩余多少，理论上Metaspace就可以有多大（貌似容量还与操作系统的虚拟内存有关？这里不太清楚），这解决了空间不足的问题。不过，让Metaspace变得无限大显然是不现实的，因此我们也要限制Metaspace的大小：使用-XX:MaxMetaspaceSize参数来指定Metaspace区域的大小。JVM默认在运行时根据需要动态地设置MaxMetaspaceSize的大小。
除此之外，它还有以下优点（没有完全理解，先贴出来吧，来自*）：

  • Take advantage of Java Language Specification property : Classes and associated metadata lifetimes match class loader’s
  • Linear allocation only
  • No individual reclamation (except for RedefineClasses and class loading failure)
  • No GC scan or compaction
  • No relocation for metaspace objects

2、垃圾回收

如果Metaspace的空间占用达到了设定的最大值，那么就会触发GC来收集死亡对象和类的加载器。根据JDK 8的特性，G1和CMS都会很好地收集Metaspace区（一般都伴随着Full GC）。
为了减少垃圾回收的频率及时间，控制吞吐量，对Metaspace进行适当的监控和调优是非常有必要的。如果在Metaspace区发生了频繁的Full GC，那么可能表示存在内存泄露或Metaspace区的空间太小了。

3、新增参数

  • -XX:MetaspaceSize是分配给类元数据空间（以字节计）的初始大小(Oracle逻辑存储上的初始高水位，the initial high-water-mark )，此值为估计值。MetaspaceSize的值设置的过大会延长垃圾回收时间。垃圾回收过后，引起下一次垃圾回收的类元数据空间的大小可能会变大。
  • -XX:MaxMetaspaceSize是分配给类元数据空间的最大值，超过此值就会触发Full GC，此值默认没有限制，但应取决于系统内存的大小。JVM会动态地改变此值。
  • -XX:MinMetaspaceFreeRatio表示一次GC以后，为了避免增加元数据空间的大小，空闲的类元数据的容量的最小比例，不够就会导致垃圾回收。
  • -XX:MaxMetaspaceFreeRatio表示一次GC以后，为了避免增加元数据空间的大小，空闲的类元数据的容量的最大比例，不够就会导致垃圾回收。

4、监控与调优（待补充）

VisualVM,jstat,jstack可以监测元空间的动态，后续将更新这里。

参考资料：

[1]《The Java Virtual Machine Specification, Java SE 8 Edition》, Oracle.
[2]What is the use of Metaspace in Java 8? - *
[3]About G1 Garbage Collector, Permanent Generation and Metaspace
[4]JEP 122: Remove the Permanent Generation
[5]PermGen elimination in JDK 8 - *
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