Java虛擬機16：Metaspace

被廢棄的持久代

想起以前面試的時候有面試官問起過我一個問題：Java 8爲何要廢棄持久代即Metaspace的做用。因爲當時使用的Java 7且研究重心不在JVM上，一下沒有回答上來，今天忽然想起這個問題，就詳細總結一下這個問題。

首先咱們看一張JVM內存佈局的圖：

注意到裏面有一塊METHOD AREA，它是一塊線程共享的對象，名爲方法區，在HotSpot虛擬機中，這塊METHOD AREA咱們能夠認爲等同於持久代（PermGen），在Java 6及以前的版本，持久代存放了如下一些內容：

• 虛擬機加載的類信息
• 常量池
• 靜態變量
• 即時編譯後的代碼

到了Java 7以後，常量池已經不在持久代之中進行分配了，而是移到了堆中，即常量池和對象共享堆內存。

接着到了Java 8以後的版本（至此篇文章，Java 10剛發佈），持久代已經被永久移除，取而代之的是Metaspace。

 

爲何要移除持久代

HotSpot團隊選擇移除持久代，有內因和外因兩部分，從外因來講，咱們看一下JEP 122的Motivation（動機）部分：

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.

大體就是說移除持久代也是爲了和JRockit進行融合而作的努力，JRockit用戶並不須要配置持久代（由於JRockit就沒有持久代）。

從內因來講，持久代大小受到-XX：PermSize和-XX：MaxPermSize兩個參數的限制，而這兩個參數又受到JVM設定的內存大小限制，這就致使在使用中可能會出現持久代內存溢出的問題，所以在Java 8及以後的版本中完全移除了持久代而使用Metaspace來進行替代。

 

Metaspace

上面說了，爲了不出現持久代內存溢出的問題，Java 8及以後的版本完全移除了持久代而使用Metaspace來進行替代。

Metaspace是方法區在HotSpot中的實現，它與持久代最大的區別在於：Metaspace並不在虛擬機內存中而是使用本地內存。所以Metaspace具體大小理論上取決於32位/64位系統可用內存的大小，可見也不是無限制的，須要配置參數。

接着咱們模擬一下Metaspace內存溢出的狀況，前面說了持久代存放了如下信息：

• 虛擬機加載的類信息
• 常量池
• 靜態變量
• 即時編譯後的代碼

因此最簡單的模擬Metaspace內存溢出，咱們只須要無限生成類信息便可，類佔據的空間老是會超過Metaspace指定的空間大小的，下面用Cglib來模擬：

 1 public class MetaspaceOOMTest {
 2 
 3     /**
 4      * JVM參數:-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=128m -XX:+PrintFlagsInitial
 5      */
 6     public static void main(String[] args) {
 7         int i = 0;
 8         
 9         try {
10             for (;;) {
11                 i++;
12                 
13                 Enhancer enhancer = new Enhancer();
14                 enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
15                 enhancer.setUseCache(false);
16                 enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
17                     public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
18                         return proxy.invokeSuper(obj, args);
19                     }
20                 });
21                 enhancer.create();
22             }
23         } catch (Exception e) {
24             System.out.println("第" + i + "次時發生異常");
25             e.printStackTrace();
26         }
27     }
28     
29     static class OOMObject {
30         
31     }
32     
33 }

虛擬機參數設置爲"-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=128m"，運行代碼，結果爲：

 1 第15562次時發生異常
 2 net.sf.cglib.core.CodeGenerationException: java.lang.reflect.InvocationTargetException-->null
 3     at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:345)
 4     at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.generate(Enhancer.java:492)
 5     at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData.get(AbstractClassGenerator.java:114)
 6     at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:291)
 7     at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:480)
 8     at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:305)
 9     at org.xrq.commom.test.jvm.MetaspaceOOMTest.main(MetaspaceOOMTest.java:34)
10 Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException
11     at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source)
12     at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
13     at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
14     at net.sf.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:413)
15     at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:336)
16     ... 6 more
17 Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
18     at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
19     at java.lang.ClassLoader.defineClass(Unknown Source)
20     ... 11 more

可見即便使用了Metaspace，也是有OOM的風險的，可是因爲Metaspace使用本機內存，所以只要不要代碼裏面犯過低級的錯誤，OOM的機率基本是不存在的。

 

Metaspace相關JVM參數

最後咱們來看一下Metaspace相關的幾個JVM參數：

參數名	做  用
MetaspaceSize	初始化的Metaspace大小，控制Metaspace發生GC的閾值。GC後，動態增長或者下降MetaspaceSize，默認狀況下，這個值大小根據不一樣的平臺在12M到20M之間浮動
MaxMetaspaceSize	限制Metaspace增加上限，防止由於某些狀況致使Metaspace無限使用本地內存，影響到其餘程序，默認爲4096M
MinMetaspaceFreeRatio	當進行過Metaspace GC以後，會計算當前Metaspace的空閒空間比，若是空閒比小於這個參數，那麼虛擬機增加Metaspace的大小，默認爲40，即70%
MaxMetaspaceFreeRatio	當進行過Metaspace GC以後，會計算當前Metaspace的空閒空間比，若是空閒比大於這個參數，那麼虛擬機會釋放部分Metaspace空間，默認爲70，即70%
MaxMetaspaceExpanison	Metaspace增加時的最大幅度，默認值爲5M
MinMetaspaceExpanison	Metaspace增加時的最小幅度，默認爲330KB