java8没有永久代了

半兽人 发表于: 2016-11-01   最后更新时间: 2016-11-01  
  •   8 订阅,982 游览

在JDK8之前,类的元数据和常量都存放在一个与堆内存相邻的数据区,即永久代。但是在这种情况下有一个问题,如果类的元数据大小超过了应用的可分配内存,那么就会出现内存溢出问题。在JDK8之后,永久代被移除,原本存储在永久代的数据将存放在一个叫做元空间的本地内存区域。

在Java虚拟机(以下简称JVM)中,类包含其对应的元数据,比如类的层级信息,方法数据和方法信息(如字节码,栈和变量大小),运行时常量池,已确定的符号引用和虚方法表。

在过去(当自定义类加载器使用不普遍的时候),类几乎是“静态的”并且很少被卸载和回收,因此类也可以被看成“永久的”。另外由于类作为JVM实现的一部分,它们不由程序来创建,因为它们也被认为是“非堆”的内存。

在JDK8之前的HotSpot虚拟机中,类的这些“永久的”数据存放在一个叫做永久代的区域。永久代一段连续的内存空间,我们在JVM启动之前可以通过设置-XX:MaxPermSize的值来控制永久代的大小,32位机器默认的永久代的大小为64M,64位的机器则为85M。永久代的垃圾回收和老年代的垃圾回收是绑定的,一旦其中一个区域被占满,这两个区都要进行垃圾回收。但是有一个明显的问题,由于我们可以通过‑XX:MaxPermSize 设置永久代的大小,一旦类的元数据超过了设定的大小,程序就会耗尽内存,并出现内存溢出错误(OOM)。

备注:在JDK7之前的HotSpot虚拟机中,纳入字符串常量池的字符串被存储在永久代中,因此导致了一系列的性能问题和内存溢出错误。想要了解这些永久代移除这些字符串的信息,请访问这里查看。

辞永久代,迎元空间

随着Java8的到来,我们再也见不到永久代了。但是这并不意味着类的元数据信息也消失了。这些数据被移到了一个与堆不相连的本地内存区域,这个区域就是我们要提到的元空间。

这项改动是很有必要的,因为对永久代进行调优是很困难的。永久代中的元数据可能会随着每一次Full GC发生而进行移动。并且为永久代设置空间大小也是很难确定的,因为这其中有很多影响因素,比如类的总数,常量池的大小和方法数量等。

同时,HotSpot虚拟机的每种类型的垃圾回收器都需要特殊处理永久代中的元数据。将元数据从永久代剥离出来,不仅实现了对元空间的无缝管理,还可以简化Full GC以及对以后的并发隔离类元数据等方面进行优化。
screenshot

移除永久代的影响

由于类的元数据分配在本地内存中,元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间。因此,我们就不会遇到永久代存在时的内存溢出错误,也不会出现泄漏的数据移到交换区这样的事情。最终用户可以为元空间设置一个可用空间最大值,如果不进行设置,JVM会自动根据类的元数据大小动态增加元空间的容量。

注意:永久代的移除并不代表自定义的类加载器泄露问题就解决了。因此,你还必须监控你的内存消耗情况,因为一旦发生泄漏,会占用你的大量本地内存,并且还可能导致交换区交换更加糟糕。

元空间内存管理

元空间的内存管理由元空间虚拟机来完成。先前,对于类的元数据我们需要不同的垃圾回收器进行处理,现在只需要执行元空间虚拟机的C++代码即可完成。在元空间中,类和其元数据的生命周期和其对应的类加载器是相同的。话句话说,只要类加载器存活,其加载的类的元数据也是存活的,因而不会被回收掉。

我们从行文到现在提到的元空间稍微有点不严谨。准确的来说,每一个类加载器的存储区域都称作一个元空间,所有的元空间合在一起就是我们一直说的元空间。当一个类加载器被垃圾回收器标记为不再存活,其对应的元空间会被回收。在元空间的回收过程中没有重定位和压缩等操作。但是元空间内的元数据会进行扫描来确定Java引用。

元空间虚拟机负责元空间的分配,其采用的形式为组块分配。组块的大小因类加载器的类型而异。在元空间虚拟机中存在一个全局的空闲组块列表。当一个类加载器需要组块时,它就会从这个全局的组块列表中获取并维持一个自己的组块列表。当一个类加载器不再存活,那么其持有的组块将会被释放,并返回给全局组块列表。类加载器持有的组块又会被分成多个块,每一个块存储一个单元的元信息。组块中的块是线性分配(指针碰撞分配形式)。组块分配自内存映射区域。这些全局的虚拟内存映射区域以链表形式连接,一旦某个虚拟内存映射区域清空,这部分内存就会返回给操作系统。

screenshot

上图展示的是虚拟内存映射区域如何进行元组块的分配。类加载器1和3表明使用了反射或者为匿名类加载器,他们使用了特定大小组块。 而类加载器2和4根据其内部条目的数量使用小型或者中型的组块。

元空间调优与工具

正如上面提到的,元空间虚拟机控制元空间的增长。但是有些时候我们想限制其增长,比如通过显式在命令行中设置-XX:MaxMetaspaceSize。默认情况下,-XX:MaxMetaspaceSize的值没有限制,因此元空间甚至可以延伸到交换区,但是这时候当我们进行本地内存分配时将会失败。

对于一个64位的服务器端JVM来说,其默认的–XX:MetaspaceSize值为21MB。这就是初始的高水位线。一旦触及到这个水位线,Full GC将会被触发并卸载没有用的类(即这些类对应的类加载器不再存活),然后这个高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放了多少元空间。如果释放的空间不足,这个高水位线则上升。如果释放空间过多,则高水位线下降。如果初始化的高水位线设置过低,上述高水位线调整情况会发生很多次。通过垃圾回收器的日志我们可以观察到Full GC多次调用。为了避免频繁的GC,建议将–XX:MetaspaceSize设置为一个相对较高的值。

经过多次GC之后,元空间虚拟机自动调节高水位线,以此来推迟下一次垃圾回收到来。

有这样两个选项 ‑XX:MinMetaspaceFreeRatio和‑XX:MaxMetaspaceFreeRatio,他们类似于GC的FreeRatio选项,用来设置元空间空闲比例的最大值和最小值。我们可以通过命令行对这两个选项设置对应的值。

下面是一些改进的工具,用来获取更多关于元空间的信息。

jmap -clstats PID 打印类加载器数据。(-clstats是-permstat的替代方案,在JDK8之前,-permstat用来打印类加载器的数据)。下面的例子输出就是DaCapo’s Avrora benchmark程序的类加载器数据

$ jmap -clstats <PID>
Attaching to process ID 6476, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.5-b02
finding class loader instances ..done.
computing per loader stat ..done.
please wait.. computing liveness.liveness analysis may be inaccurate ...
class_loader classes      bytes parent_loader     alive? type

<bootstrap>     655  1222734     null   live   <internal>
0x000000074004a6c0    0   0   0x000000074004a708  dead    java/util/ResourceBundle$RBClassLoader@0x00000007c0053e20
0x000000074004a760    0   0     null      dead    sun/misc/Launcher$ExtClassLoader@0x00000007c002d248
0x00000007401189c8    1   1471 0x00000007400752f8 dead    sun/reflect/DelegatingClassLoader@0x00000007c0009870
0x000000074004a708    116   316053    0x000000074004a760   dead   sun/misc/Launcher$AppClassLoader@0x00000007c0038190
0x00000007400752f8    538  773854 0x000000074004a708   dead   org/dacapo/harness/DacapoClassLoader@0x00000007c00638b0
total = 6      1310   2314112          N/A    alive=1, dead=5    N/A

jstat -gc LVMID 用来打印元空间的信息,具体内容如下
screenshot

jcmd PID GC.class_stats 一个新的诊断命令,用来连接到运行的JVM并输出详尽的类元数据的柱状图。

注意:在JDK 6 build 13下,需要加上‑XX:+UnlockDiagnosticVMOptions 才能正确使用jcmd这个命令。

$ jcmd <PID> help GC.class_stats
9522:
GC.class_stats
Provide statistics about Java class meta data. Requires -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions.

Impact: High: Depends on Java heap size and content.

Syntax : GC.class_stats [options] [<columns>]

Arguments:
  columns : [optional] Comma-separated list of all the columns to show. If not specified, the following columns are shown: InstBytes,KlassBytes,CpAll,annotations,MethodCount,Bytecodes,MethodAll,ROAll,RWAll,Total (STRING, no default value)

Options: (options must be specified using the <key> or <key>=<value> syntax)
  -all : [optional] Show all columns (BOOLEAN, false)
  -csv : [optional] Print in CSV (comma-separated values) format for spreadsheets (BOOLEAN, false)
  -help : [optional] Show meaning of all the columns (BOOLEAN, false)

使用jcmd的示例输出

$ jcmd <PID> GC.class_stats

7140:
Index Super InstBytes KlassBytes annotations   CpAll MethodCount Bytecodes MethodAll   ROAll   RWAll   Total ClassName
  1   -1  426416      480         0       0           0       0       0   24  576     600 [C
  2   -1  290136      480         0       0           0       0       0   40  576     616 [Lavrora.arch.legacy.LegacyInstr;
  3   -1  269840      480         0       0           0       0       0   24  576     600 [B
  4   43  137856      648         0   19248       129     4886    25288   16368   30568   46936 java.lang.Class
  5   43  136968      624         0   8760        94      4570    33616   12072   32000   44072 java.lang.String
  6   43  75872       560         0   1296        7       149     1400    880 2680    3560 java.util.HashMap$Node
  7   836     57408       608         0   720         3       69      1480    528 2488    3016 avrora.sim.util.MulticastFSMProbe
  8   43  55488       504         0   680         1       31      440     280 1536    1816 avrora.sim.FiniteStateMachine$State
  9   -1  53712       480         0       0           0       0       0   24  576     600 [Ljava.lang.Object;
   10 -1  49424       480         0       0           0       0       0   24  576     600 [I
   11 -1  49248       480         0       0           0       0       0   24  576     600 [Lavrora.sim.platform.ExternalFlash$Page;
   12 -1  24400       480         0       0           0       0       0   32  576     608 [Ljava.util.HashMap$Node;
   13   394   21408       520         0   600         3       33      1216    432 2080    2512 avrora.sim.AtmelInterpreter$IORegBehavior
   14   727   19800       672         0   968         4       71      1240    664 2472    3136 avrora.arch.legacy.LegacyInstr$MOVW
…<snipped>
…<snipped>
1299  1300        0       608         0   256         1       5       152     104 1024    1128 sun.util.resources.LocaleNamesBundle
 1300  1098       0       608         0   1744        10      290     1808    1176    3208    4384 sun.util.resources.OpenListResourceBundle
 1301  1098       0       616         0   2184        12      395     2200    1480    3800    5280 sun.util.resources.ParallelListResourceBundle
              2244312     794288      2024 2260976    12801   561882   3135144 1906688 4684704 6591392 Total
              34.0%   12.1%       0.0%   34.3%        -   8.5%    47.6%   28.9%   71.1%  100.0%
Index Super InstBytes KlassBytes annotations   CpAll MethodCount Bytecodes MethodAll   ROAll   RWAll   Total ClassName

存在的问题

前面已经提到,元空间虚拟机采用了组块分配的形式,同时区块的大小由类加载器类型决定。类信息并不是固定大小,因此有可能分配的空闲区块和类需要的区块大小不同,这种情况下可能导致碎片存在。元空间虚拟机目前并不支持压缩操作,所以碎片化是目前最大的问题。

screenshot







发表于: 1年前   最后更新时间: 1年前   游览量:982
上一条: Java GC日志详解
下一条: java的JIT即时编译
评论…

  • 评论…
    • in this conversation
      提问