Metaspace 之二--PermGen vs. Metaspace 运行时比较

PermGen vs. Metaspace 运行时比较

为了更好地理解Metaspace内存空间的运行时行为，

将进行以下几种场景的测试：

使用JDK1.7运行Java程序，监控并耗尽默认设定的85MB大小的PermGen内存空间。
使用JDK1.8运行Java程序，监控新Metaspace内存空间的动态增长和垃圾回收过程。
使用JDK1.8运行Java程序，模拟耗尽通过“MaxMetaspaceSize”参数设定的128MB大小的Metaspace内存空间。

首先建立了一个模拟PermGen OOM的代码

public class ClassA {

    public void method(String name) {

    }

}

上面是一个简单的ClassA，把他编译成class字节码放到D：/classes下面，测试代码中用URLClassLoader来加载此类型上面类编译成class

package java8;

import java.io.File;

import java.lang.management.ClassLoadingMXBean;

import java.lang.management.ManagementFactory;

import java.net.URL;

import java.net.URLClassLoader;

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

public class OOMTest {

    public static void main(String[] args) {

        try{

            //准备url

            URL url = new File("D:/classes").toURI().toURL();

            URL[] urls = {url};

            //获取有关类型加载的JMX接口

            ClassLoadingMXBean loadingBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();

            //用于缓存类加载器

            List<ClassLoader> classLoaders = new ArrayList<ClassLoader>();

            while(true) {

                //加载类型并缓存类加载器实例

                ClassLoader classLoader = new URLClassLoader(urls);

                classLoaders.add(classLoader);

                classLoader.loadClass("ClassA");

                //显示数量信息（共加载过的类型数目，当前还有效的类型数目，已经被卸载的类型数目）

                System.out.println("total: "+ loadingBean.getTotalLoadedClassCount());

                System.out.println("active: "+ loadingBean.getLoadedClassCount());

                System.out.println("unloaded: "+ loadingBean.getUnloadedClassCount());

            }

        } catch(Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

虚拟机器参数设置如下：-verbose -verbose:gc

设置-verbose参数是为了获取类型加载和卸载的信息

设置-verbose:gc是为了获取垃圾收集的相关信息

JDK 1.7 @64-bit – PermGen 耗尽测试

Java1.7的PermGen默认空间为85 MB（或者可以通过-XX:MaxPermSize=XXXm指定）

可以从上面的JVisualVM的截图看出：当加载超过6万个类之后，PermGen被耗尽。我们也能通过程序和GC的输出观察耗尽的过程。

程序输出(摘取了部分)

......
[Loaded ClassA from file:/D:/classes/]
total: 64887
active: 64887
unloaded: 0
[GC 245041K->213978K(536768K), 0.0597188 secs]
[Full GC 213978K->211425K(644992K), 0.6456638 secs]
[GC 211425K->211425K(656448K), 0.0086696 secs]
[Full GC 211425K->211411K(731008K), 0.6924754 secs]
[GC 211411K->211411K(726528K), 0.0088992 secs]
...............
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

JDK 1.8 @64-bit – Metaspace大小动态调整测试

Java的Metaspace空间：不受限制（默认）

从上面的截图可以看到，JVM Metaspace进行了动态扩展，本地内存的使用由20MB增长到646MB，以满足程序中不断增长的类数据内存占用需求。我们也能观察到JVM的垃圾回收事件—试图销毁僵死的类或类加载器对象。但是，由于我们程序的泄漏，JVM别无选择只能动态扩展Metaspace内存空间。程序加载超过10万个类，而没有出现OOM事件。

JDK 1.8 @64-bit – Metaspace 受限测试

Java的Metaspace空间：128MB（-XX:MaxMetaspaceSize=128m）

可以从上面的JVisualVM的截图看出：当加载超过2万个类之后，Metaspace被耗尽；与JDK1.7运行时非常相似。我们也能通过程序和GC的输出观察耗尽的过程。另一个有趣的现象是，保留的原生内存占用量是设定的最大大小两倍之多。这可能表明，如果可能的话，可微调元空间容量大小策略，来避免本地内存的浪费。

从Java程序的输出中看到如下异常。

[Loaded ClassA from file:/D:/classes/]
total: 21393
active: 21393
unloaded: 0
[GC (Metadata GC Threshold) 64306K->57010K(111616K), 0.0145502 secs]
[Full GC (Metadata GC Threshold) 57010K->56810K(122368K), 0.1068084 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

在设置了MaxMetaspaceSize的情况下，该空间的内存仍然会耗尽，进而引发“java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space”错误。因为类加载器的泄漏仍然存在，而通常Java又不希望无限制地消耗本机内存，因此设置一个类似于MaxPermSize的限制看起来也是合理的。

总结

之前不管是不是需要，JVM都会吃掉那块空间……如果设置得太小，JVM会死掉；如果设置得太大，这块内存就被JVM浪费了。理论上说，现在你完全可以不关注这个，因为JVM会在运行时自动调校为“合适的大小”；
提高Full GC的性能，在Full GC期间，Metadata到Metadata pointers之间不需要扫描了，别小看这几纳秒时间；
隐患就是如果程序存在内存泄露，像OOMTest那样，不停的扩展metaspace的空间，会导致机器的内存不足，所以还是要有必要的调试和监控。

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。