jdk源码剖析五：JDK8-废弃永久代（PermGen）迎来元空间（Metaspace）

一、背景

1.1 永久代（PermGen）在哪里？

根据，hotspot jvm结构如下(虚拟机栈和本地方法栈合一起了)：

上图引自网络，但有个问题：方法区和heap堆都是线程共享的内存区域。

关于方法区和永久代：

在HotSpot JVM中，这次讨论的永久代，就是上图的方法区（JVM规范中称为方法区）。《Java虚拟机规范》只是规定了有方法区这么个概念和它的作用，并没有规定如何去实现它。在其他JVM上不存在永久代。

1.2 JDK8永久代的废弃

JDK8 永久代变化如下图：

1.新生代：Eden+From Survivor+To Survivor

2.老年代：OldGen

3.永久代（方法区的实现） : PermGen----->替换为Metaspace(本地内存中)

二、为什么废弃永久代（PermGen）

2.1 官方说明

参照JEP122：http://openjdk.java.net/jeps/122，原文截取：

Motivation

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.

即：移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代。

2.2 现实使用中易出问题

由于永久代内存经常不够用或发生内存泄露，爆出异常java.lang.OutOfMemoryError: PermGen

三、深入理解元空间（Metaspace）

3.1元空间的内存大小

元空间是方法区的在HotSpot jvm 中的实现，方法区主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”。

元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。，理论上取决于32位/64位系统可虚拟的内存大小。可见也不是无限制的，需要配置参数。

3.2常用配置参数

1.MetaspaceSize

初始化的Metaspace大小，控制元空间发生GC的阈值。GC后，动态增加或降低MetaspaceSize。在默认情况下，这个值大小根据不同的平台在12M到20M浮动。使用Java -XX:+PrintFlagsInitial命令查看本机的初始化参数

2.MaxMetaspaceSize

限制Metaspace增长的上限，防止因为某些情况导致Metaspace无限的使用本地内存，影响到其他程序。在本机上该参数的默认值为4294967295B（大约4096MB）。

3.MinMetaspaceFreeRatio

当进行过Metaspace GC之后，会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比小于这个参数（即实际非空闲占比过大，内存不够用），那么虚拟机将增长Metaspace的大小。默认值为40，也就是40%。设置该参数可以控制Metaspace的增长的速度，太小的值会导致Metaspace增长的缓慢，Metaspace的使用逐渐趋于饱和，可能会影响之后类的加载。而太大的值会导致Metaspace增长的过快，浪费内存。

4.MaxMetasaceFreeRatio

当进行过Metaspace GC之后，会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比大于这个参数，那么虚拟机会释放Metaspace的部分空间。默认值为70，也就是70%。

5.MaxMetaspaceExpansion

Metaspace增长时的最大幅度。在本机上该参数的默认值为5452592B（大约为5MB）。

6.MinMetaspaceExpansion

Metaspace增长时的最小幅度。在本机上该参数的默认值为340784B（大约330KB为）。

3.3测试并追踪元空间大小

3.3.1.测试字符串常量

 public class StringOomMock {

     static String  base = "string";

     public static void main(String[] args) {

         List<String> list = new ArrayList<String>();

         for (int i=0;i< Integer.MAX_VALUE;i++){

             String str = base + base;

             base = str;

             list.add(str.intern());

         }

     }

 }

在eclipse中选中类--》run configuration-->java application--》new 参数如下：

由于设定了最大内存20M，很快就溢出，如下图：

可见在jdk8中：

1.字符串常量由永久代转移到堆中。

2.持久代已不存在，PermSize MaxPermSize参数已移除。（看图中最后两行）

3.3.2.测试元空间溢出

根据定义，我们以加载类来测试元空间溢出，代码如下：

 package jdk8;

 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;

 /**

  *

  * @ClassName:OOMTest

  * @Description:模拟类加载溢出（元空间oom）

  * @author diandian.zhang

  * @date 2017年4月27日上午9:45:40

  */

 public class OOMTest {

     public static void main(String[] args) {

         try {

             //准备url

             URL url = new File("D:/58workplace/11study/src/main/java/jdk8").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();

         }

     }

 }

为了快速溢出，设置参数：-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=80m，运行结果如下：

上图证实了，我们的JDK8中类加载（方法区的功能）已经不在永久代PerGem中了，而是Metaspace中。可以配合JVisualVM来看，更直观一些。

四、总结

本文讲解了元空间（Metaspace）的由来和本质，常用配置，以及监控测试。元空间的大小是动态变更的，但不是无限大的，最好也时常关注一下大小，以免影响服务器内存。

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参考：

深入探究JVM（2） - 探秘Metaspace

【理解JVM】JVM内存模型