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深入探究JVM（2）

2017.10.03

深入探究JVM（2） - 探秘Metaspace

Java 8徹底將永久代移除出了HotSpot JVM，將其原有的數(shù)據(jù)遷移至Java Heap或Metaspace。這一篇文章我們來總結(jié)一下Metaspace（元空間）的特性。如有錯(cuò)誤，敬請指出，謝謝~

一、引言：永久代為什么被移出HotSpot JVM了？

詳見：JEP 122: Remove the Permanent Generation
原因主要有兩個(gè)：

1、由于Permanent Generation內(nèi)存經(jīng)常不夠用或發(fā)生內(nèi)存泄露，引發(fā)惱人的java.lang.OutOfMemoryError: PermGen （在Java Web開發(fā)中非常常見）。
2、移除Permanent Generation可以促進(jìn)HotSpot JVM與 JRockit VM的融合，因?yàn)镴Rockit沒有永久代。

This is part of the JRockit and Hotspot convergence effort. JRockit customers do not need to configure the permanent generation (since JRockit does not have a permanent generation) and are accustomed to not configuring the permanent generation.

根據(jù)上面的各種原因，永久代最終被移除，方法區(qū)移至Metaspace，字符串常量移至Java Heap。

二、探秘元空間

由于Metaspace的資料比較少，這里主要是依據(jù)Oracle官方的Java虛擬機(jī)規(guī)范及Oracle Blog里的幾篇文章來總結(jié)的。
首先，Metaspace（元空間）是哪一塊區(qū)域？官方的解釋是：

In JDK 8, classes metadata is now stored in the native heap and this space is called Metaspace.

也就是說，JDK 8開始把類的元數(shù)據(jù)放到本地化的堆內(nèi)存(native heap)中，這一塊區(qū)域就叫Metaspace，中文名叫元空間。

1、優(yōu)點(diǎn)

使用本地化的內(nèi)存有什么好處呢？最直接的表現(xiàn)就是java.lang.OutOfMemoryError: PermGen 空間問題將不復(fù)存在，因?yàn)槟J(rèn)的類的元數(shù)據(jù)分配只受本地內(nèi)存大小的限制，也就是說本地內(nèi)存剩余多少，理論上Metaspace就可以有多大（貌似容量還與操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存有關(guān)？這里不太清楚），這解決了空間不足的問題。不過，讓Metaspace變得無限大顯然是不現(xiàn)實(shí)的，因此我們也要限制Metaspace的大?。菏褂?strong>-XX:MaxMetaspaceSize參數(shù)來指定Metaspace區(qū)域的大小。JVM默認(rèn)在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地設(shè)置MaxMetaspaceSize的大小。
除此之外，它還有以下優(yōu)點(diǎn)（沒有完全理解，先貼出來吧，來自StackOverflow）：

Take advantage of Java Language Specification property : Classes and associated metadata lifetimes match class loader’s
Linear allocation only
No individual reclamation (except for RedefineClasses and class loading failure)
No GC scan or compaction
No relocation for metaspace objects

2、垃圾回收

如果Metaspace的空間占用達(dá)到了設(shè)定的最大值，那么就會(huì)觸發(fā)GC來收集死亡對象和類的加載器。根據(jù)JDK 8的特性，G1和CMS都會(huì)很好地收集Metaspace區(qū)（一般都伴隨著Full GC）。
為了減少垃圾回收的頻率及時(shí)間，控制吞吐量，對Metaspace進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控和調(diào)優(yōu)是非常有必要的。如果在Metaspace區(qū)發(fā)生了頻繁的Full GC，那么可能表示存在內(nèi)存泄露或Metaspace區(qū)的空間太小了。

3、新增參數(shù)

-XX:MetaspaceSize是分配給類元數(shù)據(jù)空間（以字節(jié)計(jì)）的初始大小(Oracle邏輯存儲(chǔ)上的初始高水位，the initial high-water-mark )，此值為估計(jì)值。MetaspaceSize的值設(shè)置的過大會(huì)延長垃圾回收時(shí)間。垃圾回收過后，引起下一次垃圾回收的類元數(shù)據(jù)空間的大小可能會(huì)變大。
-XX:MaxMetaspaceSize是分配給類元數(shù)據(jù)空間的最大值，超過此值就會(huì)觸發(fā)Full GC，此值默認(rèn)沒有限制，但應(yīng)取決于系統(tǒng)內(nèi)存的大小。JVM會(huì)動(dòng)態(tài)地改變此值。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio表示一次GC以后，為了避免增加元數(shù)據(jù)空間的大小，空閑的類元數(shù)據(jù)的容量的最小比例，不夠就會(huì)導(dǎo)致垃圾回收。
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio表示一次GC以后，為了避免增加元數(shù)據(jù)空間的大小，空閑的類元數(shù)據(jù)的容量的最大比例，不夠就會(huì)導(dǎo)致垃圾回收。