JVM内存设置参数分析

╰半橙微兮° 2022-09-24 14:20 207阅读 0赞

引言：JVM提供了诸多的参数进行JVM各个方面内存大小的设置，为Java应用进行优化提供了诸多的工具，本文将会详细分析各个参数的功能与使用。

1.  内存大小-Xmx/-Xms

使用示例:  -Xmx20m -Xms5m

说明： 当下Java应用最大可用内存为20M， 最小内存为5M

代码测试1：

public class JVMTest {
    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.print("Xmx=");
    		System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024.0/1024+"M");
    
    		System.out.print("free mem=");
    		System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024.0/1024+"M");
    
    		System.out.print("total mem=");
    		System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024.0/1024+"M");
    	}
    }

程序执行结果：

![Center][]

大家可以发现，这里打印出来的Xmx值和设置的值之间是由差异的，total Memory和最大的内存之间还是存在一定差异的，就是说JVM一般会尽量保持内存在一个尽可能底的层面，而非贪婪做法按照最大的内存来进行分配。

在测试代码中新增如下语句，申请内存分配：

byte[] b=new byte[4*1024*1024];
            System.out.println("分配了1M空间给数组");

程序运行结果：

![Center 1][]

在申请分配了4m内存空间之后，total memory上升了，同时可用的内存也上升了，可以发现其实JVM在分配内存过程中是动态的， 按需来分配的。

2.  各个代系之间的大小设置

*    -Xmn新生代的设置
 *    -XX:NewRatio新生代和年老代的比例； 4表示年轻代：年老代=1:4, 即年轻代占堆的1/5.  
    
 *   -XX:SurvivorRatio新生代内部Survivor和Eden区域的比例; 示例: 8表示两个Survivor：Eden=2:8, 即一个Survivor占1/10的新生代空间

代码示例：

JVM的设置为： -Xmx20m -Xms20m -Xmn1m  -XX:+PrintGCDetails

byte[] b=null;
    	for(int i=0;i<10;i++)
    	     b=new byte[1*1024*1024];

结果输出:

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 512K->488K(1024K)] 512K->488K(19968K), 0.0014737 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    Xmx=19.5M
    free mem=8.774787902832031M
    total mem=19.5M
    Heap
     PSYoungGen      total 1024K, used 747K [0x00000000ffe80000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 512K, 50% used [0x00000000ffe80000,0x00000000ffec0fa8,0x00000000fff00000)
      from space 512K, 95% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff7a020,0x00000000fff80000)
      to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
     ParOldGen       total 18944K, used 10240K [0x00000000fec00000, 0x00000000ffe80000, 0x00000000ffe80000)
      object space 18944K, 54% used [0x00000000fec00000,0x00000000ff6000a0,0x00000000ffe80000)
     Metaspace       used 2546K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 279K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K
    Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: NewSize (1536k) is greater than the MaxNewSize (1024k). A new max generation size of 1536k will be used.

结果分析：

由于内存申请大小为1M， 故年轻代无法满足需求，所以10m的内存分配都放到了年老代。这里发生了一次GC，一个内存分配失败，在年轻代中。

关注一下Hotspot的Warning信息，这个提示由于年轻带比较小，故其将其设置了一个NewSize, 较大的值1536k，而非JVM参数中设置的1M大小。

代码示例2：

JVM参数设置： -Xmx20m -Xms20m -Xmn15m  -XX:+PrintGCDetails  
      GC输出结果：

Xmx=18.5M
    free mem=7.484504699707031M
    total mem=18.5M
    Heap
     PSYoungGen      total 13824K, used 11525K [0x00000000ff100000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 12288K, 93% used [0x00000000ff100000,0x00000000ffc417f8,0x00000000ffd00000)
      from space 1536K, 0% used [0x00000000ffe80000,0x00000000ffe80000,0x0000000100000000)
      to   space 1536K, 0% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd00000,0x00000000ffe80000)
     ParOldGen       total 5120K, used 0K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff100000, 0x00000000ff100000)
      object space 5120K, 0% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec00000,0x00000000ff100000)
     Metaspace       used 2542K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 279K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

结果分析： 没有发生分配失败和GC回收。 10M的分配都进入了Eden区域。 年老代中为0， Survivior区域为0.  
   代码示例3：

JVM参数设置：-Xmx20m -Xms20m -Xmn7m  -XX:+PrintGCDetails

GC结果输出：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5962K->488K(6656K)] 5962K->1592K(19968K), 0.0013317 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    Xmx=19.5M
    free mem=12.827682495117188M
    total mem=19.5M
    Heap
     PSYoungGen      total 6656K, used 5790K [0x00000000ff900000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 6144K, 86% used [0x00000000ff900000,0x00000000ffe2d8d8,0x00000000fff00000)
      from space 512K, 95% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff7a020,0x00000000fff80000)
      to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
     ParOldGen       total 13312K, used 1104K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff900000, 0x00000000ff900000)
      object space 13312K, 8% used [0x00000000fec00000,0x00000000fed14010,0x00000000ff900000)
     Metaspace       used 2543K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 279K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

结果分析：

发生了GC回收，年轻代中回收了将近5M内存，整体占用内存是19M，包括（年轻代和年老代）， 用时0.001秒

代码示例4：

JVM参数设置： -Xmx20m -Xms20m -Xmn7m   -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails  
       结果输出：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 3882K->1512K(5632K)] 3882K->1600K(18944K), 0.0013471 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4664K->1520K(5632K)] 4752K->1656K(18944K), 0.0012496 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4663K->1496K(5632K)] 4799K->1632K(18944K), 0.0061350 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs] 
    Xmx=18.5M
    free mem=15.833610534667969M
    total mem=18.5M
    Heap
     PSYoungGen      total 5632K, used 2676K [0x00000000ff900000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 4096K, 28% used [0x00000000ff900000,0x00000000ffa27268,0x00000000ffd00000)
      from space 1536K, 97% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffe76040,0x00000000ffe80000)
      to   space 1536K, 0% used [0x00000000ffe80000,0x00000000ffe80000,0x0000000100000000)
     ParOldGen       total 13312K, used 136K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff900000, 0x00000000ff900000)
      object space 13312K, 1% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec22000,0x00000000ff900000)
     Metaspace       used 2542K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 279K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

结果分析：

这里SurvivorRatio=2， 表示 2Survior: Eden = 2；2， 这里计算的值不是完全按照1:1来设置的，具体原因未知， 3:4 的结果。 但是设置到10m的时候，就是2:2来走的，这里的可能原因是小数点的值取舍。

发了3次GC，都是发生在新生代。

代码示例5：

JVM参数： -Xmx20m -Xms20m -XX:NewRatio=1   -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails  
     结果输出：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4932K->1608K(7680K)] 4932K->1616K(17920K), 0.0750661 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.08 secs] 
    [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5804K->1576K(7680K)] 5812K->1584K(17920K), 0.0223095 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.02 secs] 
    Xmx=17.5M
    free mem=13.863265991210938M
    total mem=17.5M
    Heap
     PSYoungGen      total 7680K, used 3818K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 5120K, 43% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff830af0,0x00000000ffb00000)
      from space 2560K, 61% used [0x00000000ffd80000,0x00000000fff0a030,0x0000000100000000)
      to   space 2560K, 0% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffb00000,0x00000000ffd80000)
     ParOldGen       total 10240K, used 8K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
      object space 10240K, 0% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec02000,0x00000000ff600000)
     Metaspace       used 2542K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 279K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

结果分析：

NewRatio为1， 则新生代和年老代的比例是1:1， 都为10M。 SurvivorRatio为2， 则2个survior：eden = 2:2， 平均分配， 5m, 2.5m, 2.5m.

发生了两次GC操作。分别回收了大约3m和4m的内存空间。

代码示例6：

JVM参数：-Xmx20m -Xms20m -XX:NewRatio=1   -XX:SurvivorRatio=3 -XX:+PrintGCDetails  
    结果输出：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5962K->1656K(8192K)] 5962K->1664K(18432K), 0.0025830 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    Xmx=18.0M
    free mem=11.257377624511719M
    total mem=18.0M
    Heap
     PSYoungGen      total 8192K, used 6958K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 6144K, 86% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffb2d8e0,0x00000000ffc00000)
      from space 2048K, 80% used [0x00000000ffc00000,0x00000000ffd9e020,0x00000000ffe00000)
      to   space 2048K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x0000000100000000)
     ParOldGen       total 10240K, used 8K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
      object space 10240K, 0% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec02000,0x00000000ff600000)
     Metaspace       used 2542K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 279K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

结果分析：

出现了一次内存分配失败，年轻代发生了一次GC回收，回收了将近4M空间。这次修改SurviorRatio的比例，将Eden区域放大，由于其分配的空间为1m左右，则会降低GC的发生次数。

3. 堆的分配参数设置

*    -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  OOM之时导出堆镜像到文件
 *   -XX:+HeapDumpPath  导出OOM文件的路径设置
 *   -XX:OnOutOfMemoryError 在OOM时，执行一个脚本

示例如下：-XX:OnOutOfMemoryError=D:/tools/jdk1.7\_40/bin/printstack.bat %p   在发生OOM之时，发送邮件或者重启应用等动作。

代码示例：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List
    
    public class OOMTest {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		List<Object> refs = new ArrayList<Object>();
    		
    		for (int i=0; i<25; i++) {
    			refs.add(new byte[1*1024*1024]);
    		}
    	}
    }

JVM参数设置：   -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:+HeapDumpPath=d:\\oom.dump

结果输出：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    Dumping heap to d:\oom.dump ...
    Heap dump file created [14814170 bytes in 0.022 secs]
    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    	at org.homework.test.jvm.jvmopt.OOMTest.main(OOMTest.java:12)

Dump文件的位置在D盘的oom.dump，文件大小为14m，一般这类文件的打开需要使用visualvm之类来进行。

![Center 2][]

打开JDK的安装路径，在bin目录下即可发现visualvm的可程序程序:

![Center 3][]

基于visualvm打开dump文件，发现问题所在原因，是由于byte申请占用太多的空间，达到98%的内容。

![Center 4][]

3. 总结

一般情况下，需要根据实际的情况而定来决定其比例和大小；记得在生产应用记得配置OOM的设置，确保在OOM情况下，可以将当时的堆文件镜像转储到本地文件。或者可以配置触发事件，确保发送OOM，可以通知相关方及时采取措施进行处理。

官方推荐新生代占堆的3/8，幸存代占新生代的1/10。

[Center]: /images/20220719/5256939a83034dbd80b690105bd01023.png
[Center 1]: /images/20220719/348c92ff7a33407e919793866fe4d147.png
[Center 2]: /images/20220719/293e64f91b8543b19a556fd0830f30d3.png
[Center 3]: /images/20220719/251d81f79b184d23ae134449f74269e4.png
[Center 4]: /images/20220719/f3ba840ac0df4121bbee3eb9a8b251f7.png