JVM之永久区Permanent区参数设置分析

ゝ一世哀愁。 2022-09-24 15:27 180阅读 0赞

引言： JVM中的内存区域一般分为3个部分： 年轻代、年老代和永久代；永久代在JDK 7中逐渐变化，到JDK 8之后完全消失，合并到了Native堆中。本文将逐个分析其中的使用和状况。

1.   环境说明

windows 7,  JDK 1.7.0\_79/JDK 1.8.0\_45.  STS

2. 何为永久区？

主要是JVM在运行过程中，存放Class的静态信息，Main方法信息，常量信息，静态方法和变量信息，共享变量等信息。一般很少被JVM进行回收。一般的动态替换Class的行为都是在这个区域来进行的。

3.   JDK 7下的永久区参数设置

参数设置示例： -XX:PermSize=5M -XX:MaxPermSize=7M

说明：  PermSize为永久区大小， MaxPermSize为最大的永久区大小。

代码示例:

JVM参数： -XX:PermSize=5M -XX:MaxPermSize=7M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=d:\\oom.dump

import java.lang.reflect.Method;
    
    import net.sf.cglib.proxy.CallbackFilter;
    import net.sf.cglib.proxy.Dispatcher;
    import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
    import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
    
    public class OOMTest {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.println("Let us do it now.....");
    		for(int i=0;i<100000;i++){
    		   Enhancer enhancer = new Enhancer();
    		   enhancer.setSuperclass(BaseFlyer.class);
    		   enhancer.setCallbackTypes(new Class[] {
    		            Dispatcher.class, MethodInterceptor.class });
    		   enhancer.setCallbackFilter(new CallbackFilter() {
    		        public int accept(Method method) {
    		        	return 1;
    		        }
    		    });
    		   
    		   Class clazz = enhancer.createClass();
    		   
    		   System.out.println("Time:" + System.currentTimeMillis()); 
    		}
    	}
    }

输出结果：

Time:1470203973444
    Time:1470203973447
    Time:1470203973449
    Time:1470203973452
    Time:1470203973456
    Time:1470203973459
    java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    Dumping heap to d:\oom.dump ...
    Unable to create d:\oom.dump: File exists
    Exception in thread "main" 
    Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"

注意这里的关键词为：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space， 永久区溢出。

基于jvisualvm来打开dump文件，可以发现defineClass的时候发生的内存溢出，另外出现了大量的BaseFlyer子类的动态类，这个导致了Perm区域的溢出。

![Center][]

在defineClass()之时，报出溢出错误信息：

![Center 1][]

在JDK 7中开始进行移除永久代的努力，下面列出了JDK7中从永久带移除的东西：

*     符号引用被移到了native堆
 *     池化string对象被移到了java堆
 *     Class对象、静态变量被移到了java堆

上述信息都被转移到了Java堆中了。

4. JDK 8中的永久区设置

JDK8中已经完全移除了永久带。这项工作是在这个bug：https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-6964458推动下完成的。JDK8中，PermSize和MaxPermSize参数也一并移除了。

在移除了Perm区域之后，JDK 8中使用MetaSpace来替代，这些空间都直接在堆上来进行分配。  在JDK8中，类的元数据存放在native堆中，这个空间被叫做：元数据区。JDK8中给元数据区添加了一些新的参数。

*      -XX:MetaspaceSize=<NNN> <NNN>是分配给类元数据区（以字节计）的初始大小（初始高水位），超过会导致垃圾收集器卸载类。这个数量是一个估计值。当第一次到达高水位的时候，下一个高水位是由垃圾收集器来管理的。
 *     -XX:MaxMetaspaceSize=<NNN> <NNN>是分配给类元数据区的最大值（以字节计）。这个参数可以用来限制分配给类元数据区的大小。这个值也是个估计值。默认无上限。
 *    -XX:MinMetaspaceFreeRatio=<NNN>，<NNN>是一次GC以后，为了避免增加元数据区（高水位）的大小，空闲的类元数据区的容量的最小比例，不够就会导致垃圾回收。
 *    -XX:MaxMetaspaceFreeRatio=<NNN>，<NNN>是一次GC以后，为了避免减少元数据区（高水位）的大小，空闲的类元数据区的容量的最大比例，超过就会导致垃圾回收。

默认情况下，类元数据的分配仅受限于可用的本地内存。我们可以使用新的MaxMetaspaceSize参数限定类元数据可用的本地内存的数量。它类似于MaxPermSize。当类元数据区使用量到达MetaspaceSize（32位机客户端模式12M，32位服务器模式16M,64位机会更大）的时候，会触发垃圾回收，然后回收掉无用的类加载器和class对象。

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。

代码示例：

JVM参数设置：  -XX:MetaspaceSize=5M -XX:MaxMetaspaceSize=7M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=d:\\oom.dump

cglib依赖包:

<dependency>
    			<groupId>cglib</groupId>
    			<artifactId>cglib</artifactId>
    			<version>3.2.4</version>
    		</dependency>

代码内容:

运行结果：

Time:1470217316712
    Time:1470217316716
    Time:1470217316718
    Time:1470217316721
    Time:1470217316724
    Time:1470217316727
    Time:1470217316730
    java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    Dumping heap to d:\oom.dump ...
    Heap dump file created [2577942 bytes in 0.022 secs]
    Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Unable to load cache item
    	at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache.createEntry(LoadingCache.java:79)
    	at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache.get(LoadingCache.java:34)
    	at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData.get(AbstractClassGenerator.java:116)
    	at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:291)
    	at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:480)
    	at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createClass(Enhancer.java:337)
    	at org.homework.test.jvm.jvmopt.OOMTest.main(OOMTest.java:25)
    Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    	at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:345)
    	at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.generate(Enhancer.java:492)
    	at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData$3.apply(AbstractClassGenerator.java:93)
    	at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData$3.apply(AbstractClassGenerator.java:91)
    	at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache$2.call(LoadingCache.java:54)
    	at java.util.concurrent.FutureTask.run(Unknown Source)
    	at net.sf.cglib.core.internal.LoadingCache.createEntry(LoadingCache.java:61)
    	... 6 more

分析错误日志，发现Metaspace是核心关键词，如果发现类似的关键词，即可确定是Metaspace的设置问题。

基于jvisualvm来进行dump文件分析的结果与JDK 7中的结果类似，这里不再重复赘述，各位可以自行研究分析。

4.  G1垃圾回收算法

G1是在JDK 7中推出的新GC算法，相比之前的JVM内存模型，这是一个巨大的飞跃，慢慢打破了不同代系之间的阻隔。   G1和永久区的逐步消失是密切耦合的。

在G1中，堆被划分成 许多个连续的区域(region)。每个区域大小相等，在1M~32M之间。JVM最多支持2000个区域，可推算G1能支持的最大内存为2000\*32M=62.5G。区域(region)的大小在JVM初始化的时候决定，也可以用-XX:G1HeapReginSize设置。

在G1中没有物理上的Yong(Eden/Survivor)/Old Generation，它们是逻辑的，使用一些非连续的区域(Region)组成的。  
     G1虽然保留了CMS关于代的概念，但是代已经不是物理上连续区域，而是一个逻辑的概念。在标记过程中，每个区域的对象活性都被计算，在回收时候，就可以根据用户设置的停顿时间，选择活性较低的区域收集，这样既能保证垃圾回收，又能保证停顿时间，而且也不会降低太多的吞吐量。Remark阶段新算法的运用，以及收集过程中的压缩，都弥补了CMS不足。引用Oracle官网的一句话：“G1 is planned as the long term replacement for the Concurrent Mark-Sweep Collector (CMS)”。

这里先简要提一下G1的垃圾回收算法，稍后我还会专门描述G1的回收算法。

5.  总结

在这里我们分别在JDk 7和JDK 8针对永久区进行了分析，这里需要着重强调的是两者之间是无法彼此兼容的设置，各自自行设置调整。

[Center]: /images/20220719/f09565647c99460ca7937bc7ab9b9e5d.png
[Center 1]: /images/20220719/ed28f48daffd4a9ba12b694d293f3f23.png