乾貨：JVM 堆記憶體和非堆記憶體

来源:https://www.cnblogs.com/lfs2640666960/archive/2018/03/06/8516916.html
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堆和非堆記憶體 按照官方的說法：“Java 虛擬機具有一個堆(Heap)，堆是運行時數據區域，所有類實例和數組的記憶體均從此處分配。堆是在 Java 虛擬機啟動時創建的。”“在JVM中堆之外的記憶體稱為非堆記憶體(Non-heap memory)”。 JVM主要管理兩種類型的記憶體：堆和非堆。 Heap me ...


堆和非堆記憶體

 

按照官方的說法：“Java 虛擬機具有一個堆(Heap)，堆是運行時數據區域，所有類實例和數組的記憶體均從此處分配。堆是在 Java 虛擬機啟動時創建的。”“在JVM中堆之外的記憶體稱為非堆記憶體(Non-heap memory)”。

 

JVM主要管理兩種類型的記憶體：堆和非堆。

 

Heap memory Code Cache

Eden Space

Survivor Space

Tenured Gen

non-heap memory Perm Gen

native heap?(I guess)

 

堆記憶體

 

Java 虛擬機具有一個堆，堆是運行時數據區域，所有類實例和數組的記憶體均從此處分配。堆是在 Java 虛擬機啟動時創建的。對象的堆記憶體由稱為垃圾回收器的自動記憶體管理系統回收。

 

堆的大小可以固定，也可以擴大和縮小。堆的記憶體不需要是連續空間。

 

非堆記憶體

 

Java 虛擬機管理堆之外的記憶體（稱為非堆記憶體）。

 

Java 虛擬機具有一個由所有線程共用的方法區。方法區屬於非堆記憶體。它存儲每個類結構，如運行時常數池、欄位和方法數據，以及方法和構造方法的代碼。它是在 Java 虛擬機啟動時創建的。

 

方法區在邏輯上屬於堆，但 Java 虛擬機實現可以選擇不對其進行回收或壓縮。與堆類似，方法區的大小可以固定，也可以擴大和縮小。方法區的記憶體不需要是連續空間。

 

除了方法區外，Java 虛擬機實現可能需要用於內部處理或優化的記憶體，這種記憶體也是非堆記憶體。例如，JIT 編譯器需要記憶體來存儲從 Java 虛擬機代碼轉換而來的本機代碼，從而獲得高性能。

 

幾個基本概念

 

PermGen space：全稱是Permanent Generation space，即永久代。就是說是永久保存的區域,用於存放Class和Meta信息，Class在被Load的時候被放入該區域，GC(Garbage Collection)應該不會對PermGen space進行清理，所以如果你的APP會LOAD很多CLASS的話，就很可能出現PermGen space錯誤。

 

Heap space：存放Instance。

 

Java Heap分為3個區，Young即新生代，Old即老生代和Permanent。

 

Young保存剛實例化的對象。當該區被填滿時，GC會將對象移到Old區。Permanent區則負責保存反射對象。

 

堆記憶體分配

 

  • JVM初始分配的堆記憶體由-Xms指定，預設是物理記憶體的1/64；

  • JVM最大分配的堆記憶體由-Xmx指定，預設是物理記憶體的1/4。

  • 預設空餘堆記憶體小於40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制；

  • 空餘堆記憶體大於70%時，JVM會減少堆直到-Xms的最小限制。

  • 因此伺服器一般設置-Xms、-Xmx 相等以避免在每次GC 後調整堆的大小。

  • 說明：如果-Xmx 不指定或者指定偏小，應用可能會導致java.lang.OutOfMemory錯誤，此錯誤來自JVM，不是Throwable的，無法用try…catch捕捉。

 

非堆記憶體分配

 

1. JVM使用-XX:PermSize設置非堆記憶體初始值，預設是物理記憶體的1/64；

2. 由XX:MaxPermSize設置最大非堆記憶體的大小，預設是物理記憶體的1/4。

 

  • 還有一說：MaxPermSize預設值和-server -client選項相關，-server選項下預設MaxPermSize為64m，-client選項下預設MaxPermSize為32m。這個我沒有實驗。

 

3. XX:MaxPermSize設置過小會導致java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 就是記憶體益出。

4. 為什麼會記憶體益出：

 

  • 這一部分記憶體用於存放Class和Meta的信息，Class在被 Load的時候被放入PermGen space區域，它和存放Instance的Heap區域不同。

  • GC(Garbage Collection)不會在主程式運行期對PermGen space進行清理，所以如果你的APP會LOAD很多CLASS 的話,就很可能出現PermGen space錯誤。

 

5. 這種錯誤常見在web伺服器對JSP進行pre compile的時候。

 

JVM記憶體限制(最大值)

 

1. 首先JVM記憶體限制於實際的最大物理記憶體，假設物理記憶體無限大的話，JVM記憶體的最大值跟操作系統有很大的關係。簡單的說就32位處理器雖然可控記憶體空間有4GB,但是具體的操作系統會給一個限制，這個限制一般是2GB-3GB（一般來說Windows系統下為1.5G-2G，Linux系統下為2G-3G），而64bit以上的處理器就不會有限制了。

 

2. 為什麼有的機器我將-Xmx和-XX:MaxPermSize都設置為512M之後Eclipse可以啟動，而有些機器無法啟動？

 

通過上面對JVM記憶體管理的介紹我們已經瞭解到JVM記憶體包含兩種：堆記憶體和非堆記憶體，另外JVM最大記憶體首先取決於實際的物理記憶體和操作系統。所以說設置VM參數導致程式無法啟動主要有以下幾種原因：

 

  • 參數中-Xms的值大於-Xmx，或者-XX:PermSize的值大於-XX:MaxPermSize；

  • -Xmx的值和-XX:MaxPermSize的總和超過了JVM記憶體的最大限制，比如當前操作系統最大記憶體限制，或者實際的物理記憶體等等。說到實際物理記憶體這裡需要說明一點的是，如果你的記憶體是1024MB，但實際系統中用到的並不可能是1024MB，因為有一部分被硬體占用了。

 

3. 如果你有一個雙核的CPU，也許可以嘗試這個參數: -XX:+UseParallelGC 讓GC可以更快的執行。（只是JDK 5里對GC新增加的參數）

 

4. 如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar，其大小超過了伺服器jvm預設的大小，那麼就會產生記憶體益出問題了。解決方法： 設置MaxPermSize大小。

 

  • 增加伺服器啟動的JVM參數設置： -Xms128m -Xmx256m -XX:PermSize=128M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m

  • 如tomcat，修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh，在echo “Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE”上面加入以下行：JAVA_OPTS=”-server -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m

 

5. 建議：將相同的第三方jar文件移置到tomcat/shared/lib目錄下，這樣可以減少jar 文檔重覆占用記憶體

 

JVM記憶體設置參數

 

  • 記憶體設置參數

 

 

  • 說明：

  1. 如果-Xmx不指定或者指定偏小，應用可能會導致java.lang.OutOfMemory錯誤，此錯誤來自JVM不是Throwable的，無法用try…catch捕捉。

  2. PermSize和MaxPermSize指明虛擬機為java永久生成對象（Permanate generation）如，class對象、方法對象這些可反射（reflective）對象分配記憶體限制，這些記憶體不包括在Heap（堆記憶體）區之中。

  3. -XX:MaxPermSize分配過小會導致：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space。

  4. MaxPermSize預設值和-server -client選項相關：-server選項下預設MaxPermSize為64m、-client選項下預設MaxPermSize為32m。

 

  • 申請一塊記憶體的過程

 

  1. JVM會試圖為相關Java對象在Eden中初始化一塊記憶體區域

  2. 當Eden空間足夠時，記憶體申請結束。否則到下一步

  3. JVM試圖釋放在Eden中所有不活躍的對象（這屬於1或更高級的垃圾回收）；釋放後若Eden空間仍然不足以放入新對象，則試圖將部分Eden中活躍對象放入Survivor區/OLD區

  4. Survivor區被用來作為Eden及OLD的中間交換區域，當OLD區空間足夠時，Survivor區的對象會被移到Old區，否則會被保留在Survivor區

  5. 當OLD區空間不夠時，JVM會在OLD區進行完全的垃圾收集（0級）

  6. 完全垃圾收集後，若Survivor及OLD區仍然無法存放從Eden複製過來的部分對象，導致JVM無法在Eden區為新對象創建記憶體區域，則出現”out of memory錯誤”

 

resin伺服器典型的響應時間優先型的jvm配置：

 

-Xmx2000M -Xms2000M -Xmn500M

-XX:PermSize=250M -XX:MaxPermSize=250M

-Xss256K

-XX:+DisableExplicitGC

-XX:SurvivorRatio=1

-XX:+UseConcMarkSweepGC

-XX:+UseParNewGC

-XX:+CMSParallelRemarkEnabled

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled

-XX:LargePageSizeInBytes=128M

-XX:+UseFastAccessorMethods

-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=60

-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0

-XX:+PrintClassHistogram

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-XX:+PrintHeapAtGC

-Xloggc:log/gc.log

 

記憶體回收演算法

 

Java中有四種不同的回收演算法，對應的啟動參數為:

 

–XX:+UseSerialGC

–XX:+UseParallelGC

–XX:+UseParallelOldGC

–XX:+UseConcMarkSweepGC

 

Serial Collector

 

大部分平臺或者強制 java -client 預設會使用這種。

 

young generation演算法 = serial

old generation演算法 = serial (mark-sweep-compact)

 

這種方法的缺點很明顯, stop-the-world, 速度慢。伺服器應用不推薦使用。

 

Parallel Collector

 

在linux x64上預設是這種，其他平臺要加 java -server 參數才會預設選用這種。

 

young = parallel，多個thread同時copy

old = mark-sweep-compact = 1

 

優點：新生代回收更快。因為系統大部分時間做的gc都是新生代的，這樣提高了throughput(cpu用於非gc時間)

 

缺點：當運行在8G/16G server上old generation live object太多時候pause time過長

 

Parallel Compact Collector (ParallelOld)

 

young = parallel = 2

 

old = parallel，分成多個獨立的單元，如果單元中live object少則回收，多則跳過

 

優點：old old generation上性能較 parallel 方式有提高

 

缺點：大部分server系統old generation記憶體占用會達到60%-80%, 沒有那麼多理想的單元live object很少方便迅速回收，同時compact方面開銷比起parallel並沒明顯減少。

 

Concurrent Mark-Sweep(CMS) Collector

 

young generation = parallel collector = 2

old = cms

 

同時不做 compact 操作。

 

優點：pause time會降低, pause敏感但CPU有空閑的場景需要建議使用策略4.

 

缺點：cpu占用過多，cpu密集型伺服器不適合。另外碎片太多，每個object的存儲都要通過鏈表連續跳n個地方，空間浪費問題也會增大。

 

記憶體監控方法

 

  • jmap -heap 查看java 堆（heap）使用情況

 

jmap -heap pid 

  

using thread-local object allocation.

  

Parallel GC with 4 thread(s)   #GC 方式

  

Heap Configuration:  #堆記憶體初始化配置

  

MinHeapFreeRatio=40  #對應jvm啟動參數-XX:MinHeapFreeRatio設置JVM堆最小空閑比率(default 40)

MaxHeapFreeRatio=70  #對應jvm啟動參數 -XX:MaxHeapFreeRatio設置JVM堆最大空閑比率(default 70)

MaxHeapSize=512.0MB  #對應jvm啟動參數-XX:MaxHeapSize=設置JVM堆的最大大小

NewSize  = 1.0MB     #對應jvm啟動參數-XX:NewSize=設置JVM堆的‘新生代’的預設大小

MaxNewSize =4095MB   #對應jvm啟動參數-XX:MaxNewSize=設置JVM堆的‘新生代’的最大大小

OldSize  = 4.0MB     #對應jvm啟動參數-XX:OldSize=<value>:設置JVM堆的‘老生代’的大小

NewRatio  = 8        #對應jvm啟動參數-XX:NewRatio=:‘新生代’和‘老生代’的大小比率

SurvivorRatio = 8    #對應jvm啟動參數-XX:SurvivorRatio=設置年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值

PermSize= 16.0MB     #對應jvm啟動參數-XX:PermSize=<value>:設置JVM堆的‘永生代’的初始大小

MaxPermSize=64.0MB   #對應jvm啟動參數-XX:MaxPermSize=<value>:設置JVM堆的‘永生代’的最大大小

  

Heap Usage:          #堆記憶體分步

  

PS Young Generation

  

Eden Space:         #Eden區記憶體分佈

  

capacity = 20381696 (19.4375MB)             #Eden區總容量

used     = 20370032 (19.426376342773438MB)  #Eden區已使用

free     = 11664 (0.0111236572265625MB)     #Eden區剩餘容量

99.94277218147106% used                     #Eden區使用比率

  

From Space:        #其中一個Survivor區的記憶體分佈

  

capacity = 8519680 (8.125MB)

used     = 32768 (0.03125MB)

free     = 8486912 (8.09375MB)

0.38461538461538464% used

  

To Space:          #另一個Survivor區的記憶體分佈

  

capacity = 9306112 (8.875MB)

used     = 0 (0.0MB)

free     = 9306112 (8.875MB)

0.0% used

  

PS Old Generation  #當前的Old區記憶體分佈

  

capacity = 366280704 (349.3125MB)

used     = 322179848 (307.25464630126953MB)

free     = 44100856 (42.05785369873047MB)

87.95982001825573% used

  

PS Perm Generation #當前的 “永生代” 記憶體分佈

  

capacity = 32243712 (30.75MB)

used     = 28918584 (27.57891082763672MB)

free     = 3325128 (3.1710891723632812MB)

89.68751488662348% used

 

  • JVM記憶體監控工具

 

<%@ page import="java.lang.management.*" %>

<%@ page import="java.util.*" %>

<html>

<head>

  <title>JVM Memory Monitor</title>

</head>

<body>

<table border="0" width="100%">

    <tr><td colspan="2" align="center"><h3>Memory MXBean</h3></td></tr>

    <tr><td width="200">Heap Memory Usage</td><td><%=ManagementFactory.getMemoryMXBean().getHeapMemoryUsage()%></td></tr>

    <tr><td>Non-Heap Memory Usage</td><td><%=ManagementFactory.getMemoryMXBean().getNonHeapMemoryUsage()%></td></tr>

    <tr><td colspan="2"> </td></tr>

    <tr><td colspan="2" align="center"><h3>Memory Pool MXBeans</h3></td></tr>

<%

        Iterator iter = ManagementFactory.getMemoryPoolMXBeans().iterator();

        while (iter.hasNext()) {

            MemoryPoolMXBean item = (MemoryPoolMXBean) iter.next();

%>

<tr><td colspan="2">

    <table border="0" width="100%" style="border: 1px #98AAB1 solid;">

        <tr><td colspan="2" align="center"><b><%= item.getName() %></b></td></tr>

        <tr><td width="200">Type</td><td><%= item.getType() %></td></tr>

        <tr><td>Usage</td><td><%= item.getUsage() %></td></tr>

        <tr><td>Peak Usage</td><td><%= item.getPeakUsage() %></td></tr>

        <tr><td>Collection Usage</td><td><%= item.getCollectionUsage() %></td></tr>

    </table>

</td></tr>

<tr><td colspan="2"> </td></tr>

<%} %>

</table>

</body>

</html>

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