Java虚拟机(JVM)内存分析

我就是我 2022-07-12 14:14 253阅读 0赞

JVM体系结构，老话题了！

![JVM体系结构][JVM]

如图所示，JVM主要包括两个子系统和两个组件。两个子系统分别是Class loader子系统和Execution engine(执行引擎) 子系统；两个组件分别是Runtime data area (运行时数据区域)组件和Native interface(本地接口)组件。  
  
Class loader子系统的作用：根据给定的全限定名类名(如 java.lang.Object)来装载class文件的内容到 Runtime data area中的method area(方法区域)。Java程序员可以extends java.lang.ClassLoader类来写自己的Class loader。   
  
Execution engine子系统的作用：执行classes中的指令。任何JVM specification实现(JDK)的核心都是Execution engine，不同的JDK例如Sun 的JDK 和IBM的JDK好坏主要就取决于他们各自实现的Execution engine的好坏。  
  
Native interface组件：与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。当调用native方法的时候，就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界，所以也很容易出现 JVM无法控制的native heap OutOfMemory。  
  
Runtime Data Area组件：这就是我们常说的JVM的内存了。它主要分为五个部分——  
1、Heap (堆)：一个Java虚拟实例中只存在一个堆空间  
2、 Method Area(方法区域)：被装载的class的信息存储在Method area的内存中。当虚拟机装载某个类型时，它使用类装载器定位相应的class文件，然后读入这个class文件内容并把它传输到虚拟机中。  
3、 Java Stack(java的栈)：虚拟机只会直接对Java stack执行两种操作：以帧为单位的压栈或出栈  
4、Program Counter(程序计数器)：每一个线程都有它自己的PC寄存器，也是该线程启动时创建的。PC寄存器的内容总是指向下一条将被执行指令的饿地址，这里 的地址可以是一个本地指针，也可以是在方法区中相对应于该方法起始指令的偏移量。   
5、Native method stack(本地方法栈)：保存native方法进入区域的地址  
  
以上五部分只有Heap 和Method Area是被所有线程的共享使用的；而Java stack, Program counter 和Native method stack是以线程为粒度的，每个线程独自拥有自己的部分。  
  
了解JVM的系统结构，再来看看JVM内存回收问题了——  
Sun的 JVM Generational Collecting(垃圾回收)原理是这样的：把对象分为年青代(Young)、年老代(Tenured)、持久代(Perm)，对不同生命周期的对象 使用不同的算法。(基于对对象生命周期分析)

![SUN JVM内存分代][SUN JVM]

如上图所示，为Java堆中的各代分布。   
1. Young（年轻代）  
年轻代分三个区。一个Eden 区，两个Survivor区。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当这个 Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor去也满了的时候，从第一个Survivor区复制 过来的并且此时还存活的对象，将被复制年老区(Tenured。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从 Eden复制过来 对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空 的。   
2. Tenured（年老代）  
年老代存放从年轻代存活的对象。一般来说年老代存放的都是生命期较长的对象。   
3. Perm（持久代）  
用于存放静态文件，如今Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些 class，例如Hibernate等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过 -XX:MaxPermSize=进行设置。  
  
举个例子：当在程序中生成对象时，正常对象会在年轻代中分配空间，如果是过大的对象也可能会 直接在年老代生成（据观测在运行某程序时候每次会生成一个十兆的空间用收发消息，这部分内存就会直接在年老代分配）。年轻代在空间被分配完的时候就会发起 内存回收，大部分内存会被回收，一部分幸存的内存会被拷贝至Survivor的from区，经过多次回收以后如果from区内存也分配完毕，就会也发生内 存回收然后将剩余的对象拷贝至to区。等到to区也满的时候，就会再次发生内存回收然后把幸存的对象拷贝至年老区。  
  
通常我们说的JVM内 存回收总是在指堆内存回收，确实只有堆中的内容是动态申请分配的，所以以上对象的年轻代和年老代都是指的JVM的Heap空间，而持久代则是之前提到的 Method Area，不属于Heap。  
  
了解完这些之后，以下的转载一热衷于钻研技术的哥们Richen Wang关于内存管理的一些建议——  
1、手动将生成的无用对象，中间对象置为null，加快内存回收。  
2、对象池技术 如果生成的对象是可重用的对象，只是其中的属性不同时，可以考虑采用对象池来较少对象的生成。如果有空闲的对象就从对象池中取出使用，没有再生成新的对 象，大大提高了对象的复用率。  
3、JVM调优 通过配置JVM的参数来提高垃圾回收的速度，如果在没有出现内存泄露且上面两种办法都不能保证内存的回收时，可以考虑采用JVM调优的方式来解决，不过一 定要经过实体机的长期测试，因为不同的参数可能引起不同的效果。如-Xnoclassgc参数等。  
  
推荐的两款内存检测工具  
1、 jconsole JDK自带的内存监测工具，路径jdk bin目录下jconsole.exe，双击可运行。连接方式有两种，第一种是本地方式如调试时运行的进程可以直接连，第二种是远程方式，可以连接以服务 形式启动的进程。远程连接方式是：在目标进程的jvm启动参数中添加-Dcom.sun.management.jmxremote.port=1090 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false 1090是监听的端口号具体使用时要进行修改，然后使用IP加端口号连接即可。通过该工具可以监测到当时内存的大小，CPU的使用量以及类的加载，还提供 了手动gc的功能。优点是效率高，速度快，在不影响进行运行的情况下监测产品的运行。缺点是无法看到类或者对象之类的具体信息。使用方式很简单点击几下就 可以知道功能如何了，确实有不明白之处可以上网查询文档。  
  
2、JProfiler 收费的工具，但是到处都有破解办法。安装好以后按照配置调试的方式配置好一个本地的session即可运行。可以监测当时的内存、CPU、线程等，能具体 的列出内存的占用情况，还可以就某个类进行分析。优点很多，缺点太影响速度，而且有的类可能无法被织入方法，例如我使用jprofiler时一直没有备份 成功过，总会有一些类的错误。

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space及其解决方法

PermGen space的全称是Permanent Generation space,是指内存的永久保存区域OutOfMemoryError: PermGen space从表面上看就是内存益出，解决方法也一定是加大内存。  
说说为什么会内存益出：这一部分用于存放Class和Meta的信息,Class在被 Load的时候被放入PermGen space区域，它和和存放Instance的Heap区域不同,GC(Garbage Collection)不会在主程序运行 期对PermGen space进行清理，所以如果你的APP会LOAD很多CLASS的话,就很可能出现PermGen space错误。这种错误常见在web服务器对JSP进行pre compile的时候。  
改正方法：-Xms256m -Xmx256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m

在tomcat中redeploy时出现outofmemory的错误. 可以有以下几个方面的原因:  
 1, 使用了proxool,因为proxool内部包含了一个老版本的cglib.  
 2, log4j,最好不用,只用common-logging  
 3, 老版本的cglib,快点更新到最新版。  
 4, 更新到最新的hibernate3.2 3、

这里以tomcat环境为例，其它WEB服务器如jboss,weblogic等是同一个道理。

一、 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space PermGen space的全称是Permanent Generation space,是指内存的永久保存区域, 这块内存主要是被JVM存放Class和Meta信息的,Class在被Loader时就会被放到PermGen space中, 它和存放类实例(Instance)的Heap区域不同,GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对 PermGen space进行清理，所以如果你的应用中有很多CLASS的话,就很可能出现PermGen space错误, 这种错误常见在web服务器对JSP进行pre compile的时候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar, 其大小超过了jvm默认的大小(4M)那么就会产生此错误信息了。

解 决方法： 手动设置MaxPermSize大小修改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

建议：将相同的第三方jar文件移置到tomcat/shared/lib目录下，这样可以达到减少jar 文档重复占用内存的目的。

二、 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space Heap size 设置 JVM堆的设置是指java程序运行过程中JVM可以调配使用的内存空间的设置.JVM在启动的时候会自动设置Heap size的值，其初始空间(即-Xms)是物理内存的1/64，最大空间(-Xmx)是物理内存的1/4。可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等选项可进行设置。Heap size 的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。提示：在JVM中如果98％的时间是用于GC且可用的Heap size 不足2％的时候将抛出此异常信息。提示：Heap Size 最大不要超过可用物理内存的80％，一般的要将-Xms和-Xmx选项设置为相同，而-Xmn为1/4的-Xmx值。

解 决方法：手动设置Heap size 修改TOMCAT\_HOME/bin/catalina.sh 在“echo "Using CATALINA\_BASE: $CATALINA\_BASE"”上面加入以下行： JAVA\_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m"

三、实例，以下给出1G内存环境下java jvm 的参数设置参考：  
JAVA\_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m -XX:PermSize=64M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=128m -Djava.awt.headless=true "

内存不足 (OutOfMemory) － 由于java 堆或本地内存中的内存耗尽，应用程序显示“内存不足”错误。  
内存泄漏－java 堆或本地内存的持续内存增长，最终将导致内存不足状态。  
调试内存泄漏状态的技术与调试内存不足状态的技术相同。

Java 堆 － 这是 JVM 用来分配 java 对象的内存。  
如果JVM不能在java堆中获得更多内存来分配更多java对象，将会抛出java内存不足(java.lang.OutOfMemoryError)错误。默认情况下，应用程序崩溃。  
本地内存 － 这是 JVM 用于其内部操作的内存。  
如果 JVM 无法获得更多本地内存，它将抛出本地内存不足（本地 OutOfMemoryError）错误。当进程到达操作系统的进程大小限值，或者当计算机用完 RAM 和交换空间时，通常会发生这种情况。  
进程大小 － 进程大小将是 java 堆、本地内存与加载的可执行文件和库所占用内存的总和。在 32 位操作系统上，进程的虚拟地址空间最大可达到 4 GB。从这 4 GB 内存中，操作系统内核为自己保留一部分内存（通常为 1 - 2 GB）。剩余内存可用于应用程序。

2.  
java虚拟机是遵照有关规范的一个软件实现，存在于内存中。jvm是由安装于机器上的jre(java运行环境)生成的。通常来说，每次运行一个application都会生成一个jvm，但是也可以有多个程序在同一个jvm里面。

可以使用命令java -X查看非标准(non-standard)的程序运行选项，以下3个是我所关心的：

\-Xms        set initial Java heap size  
\-Xmx        set maximum Java heap size  
\-Xss        set java thread stack size

－Xmx设置应用程序(不是jvm)能够使用的最大内存数，这个值也不应该设置过大，超过机器内存。  
例如：java -Xmx50M testMemory  
－Xms设置程序初始化的时候内存栈的大小。有时可以用于改变程序运行的效率。  
例如使用以下方式运行一个占用20M左右内存的程序testMemory：  
      java -Xms50M testMemory

使用这个方法可以得到应用的空间使用量

![ExpandedBlockStart.gif][] ![ContractedBlock.gif][] /\*\*/ /\*   
![InBlock.gif][] Returns the total amount of memory in the Java virtual machine. The value returned by this method may vary over time, depending on the host environment.  
![ExpandedBlockEnd.gif][] \*/   
![None.gif][] System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory());

3.  
查看java进程的内存使用量：  
Windows任务管理器(Windows Task Manager)  
  
增大运行应用的Heap的取值

//命令行执行方式  
java -Xms256 -Xmx512m app

//Tomcat执行方式  
Windows下，在文件\{tomcat\_home\}/bin/catalina.bat

在文件开头可增加如下设置：

set JAVA\_OPTS=-Xms256m -Xmx512m

Unix下，在文件\{tomcat\_home\}/bin/catalina.sh的前面，可增加如下设置：

JAVA\_OPTS='-Xms256m -Xmx512m'

[JVM]: /images/20220709/dac3d98e05884f00aad4a5c8545eec55.png
[SUN JVM]: /images/20220709/d405e81df1de40a6918d0b0be34bd619.png
[ExpandedBlockStart.gif]: http://www.blogjava.net/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif
[ContractedBlock.gif]: /images/20220709/9c4dbe5dd05b484b9b28de1ef7d444bc.png
[InBlock.gif]: /images/20220709/24a00d97a51745bfa623a0c7703d518f.png
[ExpandedBlockEnd.gif]: /images/20220709/31e8bc43d7e547a0b1ad3fa428e6d3eb.png
[None.gif]: /images/20220709/bd3a76636c38432db15b89aa7e4cccf7.png