Java JVM（六）：JDK8 元空间
一. JDK8 元空间概念
二. PermGen vs. Metaspace 运行时的比较
一. JDK8 元空间概念
很多开发者都在其系统中见过“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”这一问题。这往往是由类加载器相关的内存泄漏以及新类加载器的创建导致的，通常出现于代码热部署时。相对于正式产品，该问题在开发机上出现的 频率更高，在产品中最常见的“问题”是默认值太低了。常用的解决方法是将其设置为256MB或更高。
JDK8 HotSpot JVM 将移除永久区，使用本地内存来存储类元数据信息并称之为：元空间（Metaspace）。
这意味着不会再有java.lang.OutOfMemoryError: PermGen问题，也不再需要你进行调优及监控内存空间的使用。
总结：
PermGen空间状况：
这部分内存空间将全部移除。
JVM的参数：PermSize 和 MaxPermSize 会被忽略并给出警告（如果在启用时设置了这两个参数）。
Metaspace 容量：
默认情况下，类元数据只受可用的本地内存限制（容量取决于是32位或是64位操作系统的可用虚拟内存大小）。
新参数（MaxMetaspaceSize）用于限制本地内存分配给类元数据的大小。如果没有指定这个参数，元空间会在运行时根据需要动态调整。
另外，
对于僵死的类及类加载器的垃圾回收将在元数据使用达到“MaxMetaspaceSize”参数的设定值时进行。
适时地监控和调整元空间对于减小垃圾回收频率和减少延时是很有必要的。持续的元空间垃圾回收说明，可能存在类、类加载器导致的内存泄漏或是大小设置不合适。
二. PermGen vs. Metaspace 运行时的比较
为了更好地理解Metaspace内存空间的运行时行为，
将进行以下几种场景的测试：
- 使用JDK1.7运行Java程序，监控并耗尽默认设定的85MB大小的PermGen内存空间。
- 使用JDK1.8运行Java程序，监控新Metaspace内存空间的动态增长和垃圾回收过程。
- 使用JDK1.8运行Java程序，模拟耗尽通过“MaxMetaspaceSize”参数设定的128MB大小的Metaspace内存空间。
首先建立了一个模拟PermGen OOM的代码
publicclassClassA {
publicvoidmethod(String name) {
// do nothing
}
}/**
* 模拟PermGen OOM
* @author benhail
*/
publicclassOOMTest {
publicstaticvoidmain(String[] args) {
try{
//准备url
URL url = newFile("D:/classes").toURI().toURL();
URL[] urls = {url};
//获取有关类型加载的JMX接口
ClassLoadingMXBean loadingBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
//用于缓存类加载器
List classLoaders = newArrayList();
while(true) {
//加载类型并缓存类加载器实例
ClassLoader classLoader = newURLClassLoader(urls);
classLoaders.add(classLoader);
classLoader.loadClass("ClassA");
//显示数量信息（共加载过的类型数目，当前还有效的类型数目，已经被卸载的类型数目）
System.out.println("total: "+ loadingBean.getTotalLoadedClassCount());
System.out.println("active: "+ loadingBean.getLoadedClassCount());
System.out.println("unloaded: "+ loadingBean.getUnloadedClassCount());
}
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
} JDK 1.7 @64-bit – PermGen 耗尽测试
可以从上面的JVisualVM的截图看出：当加载超过6万个类之后，PermGen被耗尽。我们也能通过程序和GC的输出观察耗尽的过程。
程序输出(摘取了部分)
- ......
- [Loaded ClassA from file:/D:/classes/]
- total: 64887
- active: 64887
- unloaded: 0
- [GC 245041K->213978K(536768K), 0.0597188 secs]
- [Full GC 213978K->211425K(644992K), 0.6456638 secs]
- [GC 211425K->211425K(656448K), 0.0086696 secs]
- [Full GC 211425K->211411K(731008K), 0.6924754 secs]
- [GC 211411K->211411K(726528K), 0.0088992 secs]
- ...............
- java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
JDK 1.8 @64-bit – Metaspace大小动态调整测试
Java的Metaspace空间：不受限制 （默认）
从上面的截图可以看到，JVM Metaspace进行了动态扩展，本地内存的使用由20MB增长到646MB，以满足程序中不断增长的类数据内存占用需求。我们也能观察到JVM的垃圾 回收事件—试图销毁僵死的类或类加载器对象。但是，由于我们程序的泄漏，JVM别无选择只能动态扩展Metaspace内存空间。
程序加载超过10万个 类，而没有出现OOM事件。
JDK 1.8 @64-bit – Metaspace 受限测试
Java的Metaspace空间：128MB（ -XX:MaxMetaspaceSize=128m）
可以从上面的JVisualVM的截图看出：当加载超过2万个类之后，Metaspace被耗尽；与JDK1.7运行时非常相似。我们也能通过程序 和GC的输出观察耗尽的过程。另一个有趣的现象是，保留的原生内存占用量是设定的最大大小两倍之多。这可能表明，如果可能的话，可微调元空间容量大小策 略，来避免本地内存的浪费。
从Java程序的输出中看到如下异常。
- [Loaded ClassA from file:/D:/classes/]
- total: 21393
- active: 21393
- unloaded: 0
- [GC (Metadata GC Threshold) 64306K->57010K(111616K), 0.0145502 secs]
- [Full GC (Metadata GC Threshold) 57010K->56810K(122368K), 0.1068084 secs]
- java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
在设置了MaxMetaspaceSize的情况下，该空间的内存仍然会耗尽，进而引发“java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space”错误。
因为类加载器的泄漏仍然存在，而通常Java又不希望无限制地消耗本机内存，因此设置一个类似于MaxMetaspaceSize的限制看起来也 是合理的。
总结
- 之前不管是不是需要，JVM都会吃掉那块空间……如果设置得太小，JVM会死掉；如果设置得太大，这块内存就被JVM浪费了。理论上说，现在你完全可以不关注这个，因为JVM会在运行时自动调校为“合适的大小”；
- 提高Full GC的性能，在Full GC期间，Metadata到Metadata pointers之间不需要扫描了，别小看这几纳秒时间；
- 隐患就是如果程序存在内存泄露，像OOMTest那样，不停的扩展metaspace的空间，会导致机器的内存不足，所以还是要有必要的调试和监控。
参考：
Java 8新特性探究(9):跟OOM：Permgen说再见吧 http://developer.51cto.com/art/201404/435578_all.htm