元空间、Full GC、内存调优

深藏阁楼爱情的钟 2022-02-05 04:43 544阅读 0赞

# 方法区和永久代的关系 #

在Java虚拟机规范中，方法区在虚拟机启动的时候创建，虽然方法区是堆的逻辑组成部分，但是简单的虚拟机实现可以选择不在方法区实现垃圾回收与压缩。这个版本的虚拟机规范也不限定实现方法区的内存位置和编译代码的管理策略。所以不同的JVM厂商，针对自己的JVM可能有不同的方法区实现方式。

在HotSpot中，设计者将方法区纳入GC分代收集。HotSpot虚拟机堆内存被分为新生代和老年代，对堆内存进行分代管理，所以HotSpot虚拟机使用者更愿意将方法区称为老年代。

我们知道在HotSpot虚拟机中存在三种垃圾回收现象，minor GC、major GC和full GC。对新生代进行垃圾回收叫做minor GC，对老年代进行垃圾回收叫做major GC，同时对新生代、老年代和永久代进行垃圾回收叫做full GC，FullGC 一般消耗的时间比较长，远远大于MinorGC，因此，有时候我们必须降低FullGC 发生的频率。许多major GC是由minor GC触发的，所以很难将这两种垃圾回收区分开。major GC和full GC通常是等价的，收集整个GC堆。但因为HotSpot VM发展了这么多年，外界对各种名词的解读已经完全混乱了，当有人说“major GC”的时候一定要问清楚他想要指的是上面的full GC还是major GC。

### 元空间 ###

上面说过，HotSpot虚拟机在1.8之后已经取消了永久代，改为元空间，类的元信息被存储在元空间中。元空间没有使用堆内存，而是与堆不相连的本地内存区域。所以，理论上系统可以使用的内存有多大，元空间就有多大，所以不会出现永久代存在时的内存溢出问题。这项改造也是有必要的，永久代的调优是很困难的，虽然可以设置永久代的大小，但是很难确定一个合适的大小，因为其中的影响因素很多，比如类数量的多少、常量数量的多少等。永久代中的元数据的位置也会随着一次full GC发生移动，比较消耗虚拟机性能。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。

### **变动原因** ###

*  字符串存在永久代中，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
 *  类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
 *  永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

# 内存调优 #

首先需要注意的是在对JVM内存调优的时候不能只看操作系统级别Java进程所占用的内存，这个数值不能准确的反应堆内存的真实占用情况，因为GC过后这个值是不会变化的，因此内存调优的时候要更多地使用JDK提供的内存查看工具，比如JConsole和Java VisualVM。

对JVM内存的系统级的调优主要的目的是减少GC的频率和Full GC的次数，过多的GC和Full GC是会占用很多的系统资源（主要是CPU），影响系统的吞吐量。特别要关注Full GC，因为它会对整个堆进行整理，导致Full GC一般由于以下几种情况：

*  旧生代空间不足：调优时尽量让对象在新生代GC时被回收、让对象在新生代多存活一段时间和不要创建过大的对象及数组避免直接在旧生代创建对象
 *  Pemanet Generation空间不足：增大Perm Gen空间，避免太多静态对象
 *  统计得到的GC后晋升到旧生代的平均大小大于旧生代剩余空间：控制好新生代和旧生代的比例
 *  System.gc()被显示调用：垃圾回收不要手动触发，尽量依靠JVM自身的机制

调优手段主要是通过控制堆内存的各个部分的比例和GC策略来实现，下面来看看各部分比例不良设置会导致什么后果

1）新生代设置过小

一是新生代GC次数非常频繁，增大系统消耗；二是导致大对象直接进入旧生代，占据了旧生代剩余空间，诱发Full GC

2）新生代设置过大

一是新生代设置过大会导致旧生代过小（堆总量一定），从而诱发Full GC；二是新生代GC耗时大幅度增加，一般说来新生代占整个堆1/3比较合适

3）Survivor设置过小

导致对象从eden直接到达旧生代，降低了在新生代的存活时间

4）Survivor设置过大

导致eden过小，增加了GC频率

另外，通过-XX:MaxTenuringThreshold=n来控制新生代存活时间，尽量让对象在新生代被回收

新生代和旧生代都有多种GC策略和组合搭配，选择这些策略对于我们这些开发人员是个难题，JVM提供两种较为简单的GC策略的设置方式

1）吞吐量优先

JVM以吞吐量为指标，自行选择相应的GC策略及控制新生代与旧生代的大小比例，来达到吞吐量指标。这个值可由-XX:GCTimeRatio=n 来设置

2）暂停时间优先

JVM以暂停时间为指标，自行选择相应的GC策略及控制新生代与旧生代的大小比例，尽量保证每次GC造成的应用停止时间都在指定的数值范围内完成。这个值可由-XX:MaxGCPauseRatio=n来设置

最后汇总一下JVM常见配置

**堆设置**  
        -Xms:初始堆大小  
        -Xmx:最大堆大小  
        -XX:NewSize=n:设置年轻代大小  
        -XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4  
        -XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5  
        -XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小  
    **收集器设置**  
        -XX:+UseSerialGC:设置串行收集器  
        -XX:+UseParallelGC:设置并行收集器  
        -XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器  
        -XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器  
  **  垃圾回收统计信息**  
        -XX:+PrintGC  
        -XX:+PrintGCDetails  
        -XX:+PrintGCTimeStamps  
        -Xloggc:filename  
    **并行收集器设置**  
        -XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。  
        -XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间  
        -XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)  
  **  并发收集器设置**  
        -XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。  
        -XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。