JVM-永久代与元空间

永久代

在自定义类加载器还不是很常见的时候，类大多是static的，很少被卸载或收集，因此被成为“永久的(Permanent)”。

同时，由于类class是JVM实现的一部分，并不是由应用创建的，所以又被认为是“非堆（Non-Heap）”内存。

• 在JDK8之前的HotSpot JVM，存放这些“永久的”区域叫做“永久代（permanent generation）”。
• 永久代是一片连续的堆空间，在JVM启动之前通过在命令行设置参数-XX:MaxPermSize。
  -XX:MaxPermSize：永久代的最大可分配内存空间。默认大小64M（64位JVM由于质真膨胀，默认是85M）。当JVM加载的类信息容量超过了参数设定的值时，应用将会报OOM的错误
• 永久代的垃圾收集和老年代（old generation）捆绑在一起，因此无论哪个满了，都会出发永久代和老年代的垃圾收集。
• java.lang.OutOfMemoryError:PremGen space
  这里的“PermGen space”其实指的就是方法区。不过方法区和“PermGen space”又有着本质的区别。前者是JVM的规范，而后者则是JVM规范的一种实现。并且只有HotSpot才有“PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机，如JRockit(Oracle)、J9(IBM)并没有“PermGen space”。
• 由于方法区主要存储类的相关信息，所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。并且JDK 1.8中参数PermSize和MaxPermSize已经失效

移除永久代的工作从JDK1.7就开始了。JDK1.7中，存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中，并没完全移除

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(metaspace)

JDK 8的HotSpot JVM现在使用的是本地内存来表示类的元数据，这个区域就叫做元空间。
元空间这个东西，是在JDK8以后才存在的，JDK7及以前，只有永久代
元空间的存储位置是在计算机的内存当中，而永久的存储们置是在JVM的地堆中

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

只有class元数据才在元空间。

持久代的空间被彻底地删除了，它被一个叫元空间的区域所替代了。持久代删除了之后，很明显，JVM会忽略PermSize和MaxPermSize这两个参数，还有就是你再也看不到java.lang.OutOfMemoryError: PermGen error的异常了。原来类的静态变量和Interned Strings 都被转移到了java堆区，

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。

JVM用元空间代替永久代的原因：
1随着操作系统的发展，计算机支持的内存从32位的最大2^32字节，变为64位的最大
2^48字节。

2随着Java 在Web领域的发展，java程序变的得越来越大，需要加载的内容也越来越多，如果
使用永久代实现方法区，那么需要手动扩大堆的大小，而使用元空间之后，就可以直接存
储在内存当中，不用手动云修改堆的大小。

主要原因:

• 字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出, 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。
• Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一。

• 永久代空间大小很难确定，太小容易GC/OOM异常，太大占用内存（元空间并不在虚拟机中、而是使用本地内存，大小仅受本地内存限制）
• 永久代调优困难
• 垃圾回收频率低

移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代

元空间的特点：

• 充分利用了Java语言规范中的好处：类及相关的元数据的生命周期与类加载器的一致。
• 每个加载器有专门的存储空间
• 只进行线性分配
• 不会单独回收某个类
• 省掉了GC扫描及压缩的时间
• 元空间里的对象的位置是固定的
• 如果GC发现某个类加载器不再存活了，会把相关的空间整个回收掉

元空间的内存分配模型

• 绝大多数的类元数据的空间都从本地内存中分配
• 用来描述类元数据的类也被删除了
• 分元数据分配了多个虚拟内存空间
• 给每个类加载器分配一个内存块的列表。块的大小取决于类加载器的类型; sun/反射/代理对应的类加载器的块会小一些
• 归还内存块，释放内存块列表
• 一旦元空间的数据被清空了，虚拟内存的空间会被回收掉
• 减少碎片的策略

 

元空间的调优

使用-XX:MaxMetaspaceSize参数可以设置元空间的最大值，默认是没有上限的，也就是说你的系统内存上限是多少它就是多少。-XX:MetaspaceSize选项指定的是元空间的初始大小，如果没有指定的话，元空间会根据应用程序运行时的需要动态地调整大小。

MaxMetaspaceSize的调优

• -XX:MaxMetaspaceSize={unlimited}
• 元空间的大小受限于你机器的内存
• 限制类的元数据使用的内存大小，以免出现虚拟内存切换以及本地内存分配失败。如果怀疑有类加载器出现泄露，应当使用这个参数；32位机器上，如果地址空间可能会被耗尽，也应当设置这个参数。
• 元空间的初始大小是21M——这是GC的初始的高水位线，超过这个大小会进行Full GC来进行类的回收。
• 如果启动后GC过于频繁，请将该值设置得大一些
• 可以设置成和持久代一样的大小，以便推迟GC的执行时间

CompressedClassSpaceSize的调优

• 只有当-XX:+UseCompressedClassPointers开启了才有效
• -XX:CompressedClassSpaceSize=1G
• 由于这个大小在启动的时候就固定了的，因此最好设置得大点。
• 没有使用到的话不要进行设置
• JVM后续可能会让这个区可以动态的增长。不需要是连续的区域，只要从基地址可达就行；可能会将更多的类元信息放回到元空间中；未来会基于PredictedLoadedClassCount的值来自动的设置该空间的大小

元空间的一些工具

• jmap -permstat改成了jmap -clstats。它用来打印Java堆的类加载器的统计数据。对每一个类加载器，会输出它的名字，是否存活，地址，父类加载器，以及它已经加载的类的数量及大小。除此之外，驻留的字符串（intern）的数量及大小也会打印出来。
• jstat -gc，这个命令输出的是元空间的信息而非持久代的
• jcmd GC.class_stats提供类元数据大小的详细信息。使用这个功能启动程序时需要加上-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions选项。

提高GC的性能

如果你理解了元空间的概念，很容易发现GC的性能得到了提升。

• Full GC中，元数据指向元数据的那些指针都不用再扫描了。很多复杂的元数据扫描的代码（尤其是CMS里面的那些）都删除了。
• 元空间只有少量的指针指向Java堆。这包括：类的元数据中指向java/lang/Class实例的指针;数组类的元数据中，指向java/lang/Class集合的指针。
• 没有元数据压缩的开销
• 减少了根对象的扫描（不再扫描虚拟机里面的已加载类的字典以及其它的内部哈希表）
• 减少了Full GC的时间
• G1回收器中，并发标记阶段完成后可以进行类的卸载

总结

• Hotspot中的元数据现在存储到了元空间里。mmap中的内存块的生命周期与类加载器的一致。
• 类指针压缩空间（Compressed class pointer space）目前仍然是固定大小的，但它的空间较大
• 可以进行参数的调优，不过这不是必需的。
• 未来可能会增加其它的优化及新特性。比如， 应用程序类数据共享；新生代GC优化，G1回收器进行类的回收；减少元数据的大小，以及JVM内部对象的内存占用量。