他们都说JVM能实际使用的内存比-Xmx指定的少？这是为什么呢

这确实是个挺奇怪的问题，特别是当最常出现的几种解释理由都被排除后，看来JVM并没有耍一些明显的小花招：

-Xmx和-Xms是相等的，因此检测结果并不会因为堆内存增加而在运行时有所变化。
通过关闭自适应调整策略(-XX:-UseAdaptiveSizePolicy)，JVM已经事先被禁止动态调整内存池的大小。

重现差异检测结果

要弄清楚这个问题的第一步就是要明白这些工具的实现原理。通过标准APIs,我们可以用以下简单语句得到可使用的内存信息。

System.out.println("Runtime.getRuntime().maxMemory()="+Runtime.getRuntime().maxMemory());

而且确实，现有检测工具底层也是用这个语句来进行检测。要解决这个问题，首先我们需要一个可重复使用的测试用例。因此，我写了下面这段代码：

package eu.plumbr.test;

//imports skipped for brevity

public class HeapSizeDifferences {

  static Collection objects = new ArrayList();

  static long lastMaxMemory = 0;

  public static void main(String[] args) {

    try {

      List inputArguments = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getInputArguments();

      System.out.println("Running with: " + inputArguments);

      while (true) {

        printMaxMemory();

        consumeSpace();

      }

    } catch (OutOfMemoryError e) {

      freeSpace();

      printMaxMemory();

    }

  }

  static void printMaxMemory() {

    long currentMaxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();

    if (currentMaxMemory != lastMaxMemory) {

      lastMaxMemory = currentMaxMemory;

      System.out.format("Runtime.getRuntime().maxMemory(): %,dK.%n", currentMaxMemory / 1024);

    }

  }

  static void consumeSpace() {

    objects.add(new int[1_000_000]);

  }

  static void freeSpace() {

    objects.clear();

  }

}

这段代码通过将new int[1_000_000]置于一个循环中来不断分配内存给程序，然后监测JVM运行期的当前可用内存。当程序监测到可用内存大小发生变化时，通过打印出Runtime.getRuntime().maxMemory()返回值来得到当前可用内存尺寸，输出类似下面语句：

Running with: [-Xms2048M, -Xmx2048M]

Runtime.getRuntime().maxMemory(): 2,010,112K.

实际情况也确实如预估的那样，尽管我已经给JVM预先指定分配了2G对内存，在不知道为什么在运行期有85M内存不见了。你大可以把 Runtime.getRuntime().maxMemory()的返回值2,010,112K 除以1024来转换成MB，那样你将得到1,963M，正好和2048M差85M。

找到根本原因

在成功重现了这个问题之后，我尝试用使用不同的GC算法，果然检测结果也不尽相同。

除了G1算法刚好完整使用了我预指定分配的2G之外，其余每种GC算法似乎都不同程度地丢失了一些内存。

现在我们就该看看在JVM的源代码中有没有关于这个问题的解释了。我在CollectedHeap这个类的源代码中找到了如下的解释：

  Running with: [-Xms2048M, -Xmx2048M]

  // Support for java.lang.Runtime.maxMemory():  return the maximum amount of

  // memory that the vm could make available for storing 'normal' java objects.

  // This is based on the reserved address space, but should not include space

  // that the vm uses internally for bookkeeping or temporary storage

  // (e.g., in the case of the young gen, one of the survivor

  // spaces).

  virtual size_t max_capacity() const = 0;

我不得不说这个答案藏得有点深，但是只要你有足够的好奇心，还是不难发现的：有时候，有一块Survivor区是不被计算到可用内存中的。

明白这一点之后问题就好解决了。打开并查看GC logging 信息之后我们发现，在Serial，Parallel以及CMS算法回收过程中丢失的那些内存，尺寸刚好等于JVM从2G堆内存中划分给Survivor区内存的尺寸。例如，在上面的ParallelGC算法运行时，GC logging信息如下：

Running with: [-Xms2g, -Xmx2g, -XX:+UseParallelGC, -XX:+PrintGCDetails]

Runtime.getRuntime().maxMemory(): 2,010,112K.

... rest of the GC log skipped for brevity ...

 PSYoungGen      total 611840K, used 524800K [0x0000000795580000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)

  eden space 524800K, 100% used [0x0000000795580000,0x00000007b5600000,0x00000007b5600000)

  from space 87040K, 0% used [0x00000007bab00000,0x00000007bab00000,0x00000007c0000000)

  to   space 87040K, 0% used [0x00000007b5600000,0x00000007b5600000,0x00000007bab00000)

 ParOldGen       total 1398272K, used 1394966K [0x0000000740000000, 0x0000000795580000, 0x0000000795580000)

由上面的信息可以看出，Eden区被分配了524,800K，两个Survivor区都被分配到了87,040K，老年代（Old space）则被分配了1,398,272K。把Eden区、老年代以及一个Survivor区的尺寸求和，刚好等于2,010,112K，说明丢失的那85M（87,040K）确实就是剩下的那个Survivor区。

总结

读完这篇帖子的你现在应该对如何探索Java API的实现原理有了一些新的想法。下次当你用某个可视化工具查看可用堆内存发现所得的结果略少于-Xmx指定分配的大小时，你就知道这两者之间的差值是一块Survivor区的大小。

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我必须承认这个知识点在日常编程中并不是特别常用，但这并不是这篇帖子的重点。我写下这篇帖子是为了描述一种特质，一种我经常在优秀的程序员身上寻找的特质-好奇心。好的程序员们会经常试着去了解一些事物工作的机理以及原因。有时问题的答案并不会那么显而易见，但是希望你能坚持寻找下去，最终在寻找过程中的所累积的知识总会让你获益匪浅。