Java 8从永久代到metaspace

转载自：http://blog.csdn.net/chenleixing/article/details/48286127
              http://blog.csdn.net/wang8118/article/details/45765869

       Java 8完全移除了永久代(PermGen)，自从Oracle公司发布了JDK1.7后就已经宣布了这个决定。还有比如内部字符串，从JDK1.7开始就从持久代移除了，JDK8的发布彻底废除了它。Metaspace成为了持久代的继任者。
       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。

       JDK8 HotSpot JVM现在使用了本地内存（与堆不相连的本地内存区域）来存储类元数据，被称为Metaspace，和Oracle JRockit以及IBM JVM类似。
       它意味着java.lang.OutOfMemoryError：PermGen space问题会越来越少，也不再需要去调整和监控内存空间。然而这种变化默认是可不见的，接下来我们给你展示的，是你仍然需要关注类元数据内存占用。 请记住，这些新特点并不会很神奇的消除类和类加载器的内存泄露。你需要使用不同的方法和学习新的命名约定来找出问题的根源。

       持久代这块内存区域被完全移除。 PermSize和MaxPermSize JVM 参数会被忽略，并且在启动的时候会给出警告信息。
       Metaspace容量：默认的，类元数据分配限制于可用的本地内存 (容量大小依赖于操作系统可用虚拟内存)。可以使用-XX：MaxMetaspaceSize来指定容量，允许限制用于类元数据的本地内存大小。如果没有指定这个标记，Metaspace会根据运行时应用程序的需求来动态的控制大小。
       Metaspace垃圾收集：一旦类元数据的使用量达到了“MaxMetaspaceSize”指定的值，对于无用的类和类加载器，垃圾收集此时会触发。为了控制这种垃圾收集的频率和延迟，合适的监控和调整Metaspace非常有必要。过于频繁的Metaspace垃圾收集是类和类加载器发生内存泄露的征兆，同时也说明你的应用程序内存大小不合适，需要调整。
       Java堆空间影响：一些杂项数据被移到了Java堆空间。
       Metaspace监控：Metaspace 的使用可以通过HotSpot 1.8的详细的GC日志输出观察到。

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。
       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。

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。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。

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。