從JDK8開始，永久代(PermGen)的概念被廢棄掉了，取而代之的是一個稱為Metaspace的存儲空間。Metaspace使用的是本地記憶體，而不是堆記憶體，也就是說在預設情況下Metaspace的大小隻與本地記憶體大小有關。當然你也可以通過以下的幾個參數對Metaspace進行控制：
-XX:MetaspaceSize=N
這個參數是初始化的Metaspace大小，該值越大觸發Metaspace
GC的時機就越晚。随着GC的到來，虛拟機會根據實際情況調控Metaspace的大小，可能增加上線也可能降低。在預設情況下，這個值大小根據不同的平台在12M到20M浮動。使用java
-XX:+PrintFlagsInitial指令檢視本機的初始化參數，-XX:Metaspacesize為21810376B(大約20.8M)。
-XX:MaxMetaspaceSize=N
這個參數用于限制Metaspace增長的上限，防止因為某些情況導緻Metaspace無限的使用本地記憶體，影響到其他程式。在本機上該參數的預設值為4294967295B(大約4096MB)。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio=N
當進行過Metaspace
GC之後，會計算目前Metaspace的空閑空間比，如果空閑比小于這個參數，那麼虛拟機将增長Metaspace的大小。在本機該參數的預設值為40，也就是40%。設定該參數可以控制Metaspace的增長的速度，太小的值會導緻Metaspace增長的緩慢，Metaspace的使用逐漸趨于飽和，可能會影響之後類的加載。而太大的值會導緻Metaspace增長的過快，浪費記憶體。
-XX:MaxMetasaceFreeRatio=N
當進行過Metaspace GC之後， 會計算目前Metaspace的空閑空間比，如果空閑比大于這個參數，那麼虛拟機會釋放Metaspace的部分空間。在本機該參數的預設值為70，也就是70%。
-XX:MaxMetaspaceExpansion=N
Metaspace增長時的最大幅度。在本機上該參數的預設值為5452592B(大約為5MB)。
-XX:MinMetaspaceExpansion=N
Metaspace增長時的最小幅度。在本機上該參數的預設值為340784B(大約330KB為)。
測試代碼
下面會針對這個參數對Metaspace做一個粗略的展示。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
public class Metaspace extends ClassLoader {
public static void main(String[] args) {
// 類持有
List> classes = new ArrayList>();
// 循環1000w次生成1000w個不同的類。
for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
// 定義一個類名稱為Class{i}，它的通路域為public，父類為java.lang.Object，不實作任何接口
cw.visit(Opcodes.V1_1, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null,
"java/lang/Object", null);
// 定義構造函數方法
MethodVisitor mw = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "",
"()V", null, null);
// 第一個指令為加載this
mw.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
// 第二個指令為調用父類Object的構造函數
mw.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/Object",
"", "()V", false);
// 第三條指令為return
mw.visitInsn(Opcodes.RETURN);
mw.visitMaxs(1, 1);
mw.visitEnd();
Metaspace test = new Metaspace();
byte[] code = cw.toByteArray();
// 定義類
Class> exampleClass = test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length);
classes.add(exampleClass);
}
}
}
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上面的程式的大緻意思是，不斷的生成新的類， 然後讓類加載器去加載這個類，同時将其儲存下來，避免GC回收掉。這裡使用到了ASM架構
測試參數
在運作該程式的時候加上如下的JVM參數，第一個參數用于列印GC日志，第二個參數用于列印對應的時間戳。
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps
運作程式後，列印出的第一行日志顯示，
2015-07-05T16:26:53.708+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 13978K->3229K(38400K)] 13978K->3237K(125952K), 0.0043062 secs] [Times: user=0.06 sys=0.02, real=0.00 secs]
2015-07-05T16:26:53.712+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 3229K->0K(38400K)] [ParOldGen: 8K->3111K(60928K)] 3237K->3111K(99328K), [Metaspace: 5699K->5699K(1064960K)], 0.0110314 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
奇怪的事情發生了，這裡面顯示的Metaspace大小為1064960K，将近1G，而不是前面提到的預設值20M左右。繼續運作一段時間後出現了如下的異常，
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Compressed class space
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:760)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at Metaspace.main(Metaspace.java:37)
根據http://itdoc.hitachi.co.jp/manuals/link/has_v101001/0344211De/compressedclassspacesize.htm
的描述，在JVM使用-XX:+UseCompressedClassPointers和-XX:+UseCompressedOops開啟Compressed
Class的功能後，會在Metaspace中開辟出一塊新的空間(Compressed Class
Space)，上面的錯誤正是由于這個空間出現了OutOfMemory，可以通過設定-XX:CompressedClassSpaceSize(預設值為1G)的大小或者-XX:-UseCompressedClassPointers來關閉該功能。
為了不影響下面的測試，暫時使用-XX:-UseCompressedClassPointers來關閉。
這時JVM參數變為了，
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:-UseCompressedClassPointers
再一次運作程式，出現如下日志
2015-07-05T17:38:31.030+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 21301K->4984K(38400K)] 21301K->4992K(125952K), 0.0041727 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2015-07-05T17:38:31.034+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 4984K->0K(38400K)] [ParOldGen: 8K->4789K(64512K)] 4992K->4789K(102912K), [Metaspace: 6922K->6922K(22528K)], 0.0147936 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
初始的Metaspace的大小變為了20M左右。由此猜想之前出現的問題是不是由于開啟了壓縮功能，而預設值-XX:CompressedClassSpaceSize=1G，其大于-XX:MetaspaceSize=20M，是以MetaspaceSize被設定為了1G。
-XX:MetaspaceSize的使用
添加JVM參數，-XX:MetaspaceSize=100m, 這時的JVM參數變為，
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:-UseCompressedClassPointers -XX:MetaspaceSize=50M
運作後出現的日志為，
2015-07-05T17:53:20.430+0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 33280K->5100K(38400K)] 33280K->7635K(125952K), 0.0076185 secs] [Times: user=0.03 sys=0.03, real=0.01 secs]
2015-07-05T17:53:20.511+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 24676K->5102K(71680K)] 27211K->11885K(159232K), 0.0085707 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T17:53:20.519+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5102K->0K(71680K)] [ParOldGen: 6782K->11703K(67584K)] 11885K->11703K(139264K), [Metaspace: 13581K->13581K(51200K)], 0.0442425 secs] [Times: user=0.19 sys=0.00, real=0.04 secs]
預設的初始值變為了50M，可見設定的參數生效了。
-XX:MaxMetaspaceSize的使用
添加JVM參數，-XX:MaxMetaspaceSize=100m, 這時的JVM參數變為，
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:-UseCompressedClassPointers -XX:MetaspaceSize=50M -XX:MaxMetaspaceSize=100m
運作後出現的日志為,
2015-07-05T18:04:10.000+0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 33280K->5116K(38400K)] 33280K->7627K(125952K), 0.0069565 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:04:10.086+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 24689K->5102K(71680K)] 27199K->11917K(159232K), 0.0092239 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:04:10.095+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5102K->0K(71680K)] [ParOldGen: 6814K->11703K(74240K)] 11917K->11703K(145920K), [Metaspace: 13581K->13581K(51200K)], 0.0636790 secs] [Times: user=0.20 sys=0.00, real=0.06 secs]
2015-07-05T18:04:10.297+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 37664K->5106K(71680K)] 49367K->19785K(145920K), 0.0066032 secs] [Times: user=0.11 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:04:10.304+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5106K->0K(71680K)] [ParOldGen: 14679K->19664K(129536K)] 19785K->19664K(201216K), [Metaspace: 21181K->21181K(86016K)], 0.0752276 secs] [Times: user=0.45 sys=0.02, real=0.08 secs]
2015-07-05T18:04:10.454+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 19414K->4219K(82432K)] 39079K->23884K(211968K), 0.0048493 secs] [Times: user=0.11 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:04:10.459+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 4219K->0K(82432K)] [ParOldGen: 19664K->23672K(187392K)] 23884K->23672K(269824K), [Metaspace: 24981K->24981K(102400K)], 0.0569726 secs] [Times: user=0.33 sys=0.00, real=0.06 secs]
2015-07-05T18:04:10.516+0800: [GC (Last ditch collection) [PSYoungGen: 0K->0K(88064K)] 23672K->23672K(275456K), 0.0021137 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2015-07-05T18:04:10.518+0800: [Full GC (Last ditch collection) [PSYoungGen: 0K->0K(88064K)] [ParOldGen: 23672K->23655K(274944K)] 23672K->23655K(363008K), [Metaspace: 24981K->24981K(102400K)], 0.1025192 secs] [Times: user=0.69 sys=0.00, real=0.10 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:760)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at Metaspace.main(Metaspace.java:37)
當Metaspace的空間增長到100M的時候，還需要繼續增長，但是由于之前設定了Metaspace的最大值為100M，是以抛出了上面的異常。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio的使用
添加JVM參數，-XX:MinMetaspaceFreeRatio=65(注意此時-XX:MaxMetaspaceFreeRatio為70，min需要小于max，是以設定為), 這時的JVM參數變為
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:-UseCompressedClassPointers -XX:MetaspaceSize=50M -XX:MaxMetaspaceSize=100m -XX:MinMetaspaceFreeRatio=65
運作後的日志為，
2015-07-05T18:32:06.476+0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 33280K->5100K(38400K)] 33280K->7595K(125952K), 0.0093795 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:32:06.555+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 24677K->5102K(71680K)] 27172K->11893K(159232K), 0.0077681 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:32:06.563+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5102K->0K(71680K)] [ParOldGen: 6790K->11703K(71680K)] 11893K->11703K(143360K), [Metaspace: 13581K->13581K(51200K)], 0.0424761 secs] [Times: user=0.16 sys=0.02, real=0.04 secs]
2015-07-05T18:32:06.826+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 55855K->5115K(71680K)] 67559K->23867K(143360K), 0.0121986 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:32:06.838+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5115K->0K(71680K)] [ParOldGen: 18751K->23672K(128000K)] 23867K->23672K(199680K), [Metaspace: 24981K->24981K(102400K)], 0.0786608 secs] [Times: user=0.31 sys=0.00, real=0.08 secs]
2015-07-05T18:32:06.917+0800: [GC (Last ditch collection) [PSYoungGen: 0K->0K(81920K)] 23672K->23672K(209920K), 0.0018780 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2015-07-05T18:32:06.919+0800: [Full GC (Last ditch collection) [PSYoungGen: 0K->0K(81920K)] [ParOldGen: 23672K->23655K(179200K)] 23672K->23655K(261120K), [Metaspace: 24981K->24981K(102400K)], 0.0771198 secs] [Times: user=0.34 sys=0.00, real=0.08 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:760)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at Metaspace.main(Metaspace.java:37)
似乎與之前沒什麼差別，但是仔細可以發現相比于不設定該參數少了一次FullGC。
如果将該參數設定的很小，比如10，則大約可以經曆7次FullGC。
後面會讨論這個差別。
-XX:MinMetaspaceExpansion
去掉之前設定的-XX:MinMetaspaceFreeRatio，同時設定-XX:MinMetaspaceExpansion=100M，修改-XX:MaxMetaspaceSize為300M，此時的JVM參數為，
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:-UseCompressedClassPointers -XX:MetaspaceSize=50M -XX:MaxMetaspaceSize=300M -XX:MinMetaspaceExpansion=100M
運作後的日志為，
2015-07-05T18:53:25.466+0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 33280K->5100K(38400K)] 33280K->7607K(125952K), 0.0067215 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:53:25.553+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 24676K->5102K(71680K)] 27183K->11881K(159232K), 0.0080541 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:53:25.561+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5102K->0K(71680K)] [ParOldGen: 6778K->11771K(73216K)] 11881K->11771K(144896K), [Metaspace: 13580K->13580K(51200K)], 0.0469926 secs] [Times: user=0.14 sys=0.00, real=0.05 secs]
2015-07-05T18:53:25.875+0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 66560K->5115K(71680K)] 78331K->26463K(144896K), 0.0146596 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.02 secs]
2015-07-05T18:53:26.110+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 48338K->5113K(91648K)] 69686K->35925K(164864K), 0.0151956 secs] [Times: user=0.05 sys=0.01, real=0.02 secs]
2015-07-05T18:53:26.125+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 5113K->0K(91648K)] [ParOldGen: 30811K->35633K(147456K)] 35925K->35633K(239104K), [Metaspace: 36381K->36381K(153600K)], 0.1574835 secs] [Times: user=0.66 sys=0.00, real=0.16 secs]
2015-07-05T18:53:26.818+0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 86528K->5109K(91648K)] 122161K->54855K(239104K), 0.0200557 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.02 secs]
2015-07-05T18:53:27.015+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 29014K->10133K(127488K)] 78760K->59879K(274944K), 0.0116375 secs] [Times: user=0.05 sys=0.02, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:53:27.027+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 10133K->0K(127488K)] [ParOldGen: 49745K->59524K(221696K)] 59879K->59524K(349184K), [Metaspace: 59182K->59182K(256000K)], 0.2163024 secs] [Times: user=1.05 sys=0.00, real=0.22 secs]
2015-07-05T18:53:27.691+0800: [GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 56721K->12448K(127488K)] 116245K->71972K(349184K), 0.0139748 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
2015-07-05T18:53:27.705+0800: [Full GC (Metadata GC Threshold) [PSYoungGen: 12448K->0K(127488K)] [ParOldGen: 59524K->71563K(306176K)] 71972K->71563K(433664K), [Metaspace: 70582K->70582K(307200K)], 0.1479683 secs] [Times: user=0.55 sys=0.00, real=0.15 secs]
2015-07-05T18:53:27.853+0800: [GC (Last ditch collection) [PSYoungGen: 0K->0K(144384K)] 71563K->71563K(450560K), 0.0045973 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2015-07-05T18:53:27.857+0800: [Full GC (Last ditch collection) [PSYoungGen: 0K->0K(144384K)] [ParOldGen: 71563K->71546K(386048K)] 71563K->71546K(530432K), [Metaspace: 70582K->70582K(307200K)], 0.2734107 secs] [Times: user=1.65 sys=0.00, real=0.27 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:760)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at Metaspace.main(Metaspace.java:37)
可以看出每次Metaspace空間的增長都在100MB左右，經曆了3次的FullGC之後空間就達到了設定的上限300MB。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio和-XX:MinMetaspaceExpansion
為了說明這二者有什麼影響設定如下參數，
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:-UseCompressedClassPointers -XX:MetaspaceSize=50M -XX:MaxMetaspaceSize=500m -XX:MinMetaspaceExpansion=50M -XX:MaxMetaspaceExpansion=50M -XX:MinMetaspaceFreeRatio=5
之後修改MinMetaspaceFreeRatio的為20，35，50，65分别可以得到如下的GC資料
5
2015-07-05T20:47:47.444+0800: ... [Metaspace: 13580K->13580K(51200K)]...
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20
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35
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50
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65
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2015-07-05T21:01:06.648+0800: ... [Metaspace: 95245K->95245K(419840K)]...
2015-07-05T21:01:08.547+0800: ... [Metaspace: 116182K->116182K(512000K)]...
從上面的資料可以看出
- 随着-XX:MinMetaspaceFreeRatio的不斷增加，在到達設定的Max之前所經曆的GC次數也就越少
-
随着-XX:MinMetaspaceFreeRatio的不斷增加，平均下來每一次GC後對應的MetaSpaceSize相對于之前的增長幅度都會增加。比如在-XX:MinMetaspaceFreeRatio為5的時候，每次增長還基本上維持在設定的增長最小值(-XX:MinMetaspaceExpansion)50MB，而增長到65的時候，每次增長都在200MB以上。這似乎可以說明-XX:MinMetaspaceFreeRatio越大，JVM越認為需要快速的增長MetaSpaceSize以防止頻繁的進行的進行GC
- -XX:MinMetaspaceFreeRatio設定的過小，會影響記憶體增長，導緻比較頻繁的GC。而過大怎會導緻記憶體單次增長過多，造成不必要的浪費。預設的40是一個比較好的選擇。