概述

metaspace，顧名思義，元數(shù)據(jù)空間，專門用來存元數(shù)據(jù)的，它是jdk8里特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來替代perm，這塊空間很有自己的特點(diǎn)，前段時(shí)間公司這塊的問題太多了，主要是因?yàn)樯?jí)了中間件所致，看到大家討論來討論去，看得出很多人對(duì)metaspace還是模棱兩可，不是很了解它，因此我覺得有必要寫篇文章來介紹一下它，解開它神秘的面紗，當(dāng)我們?cè)俅闻龅剿南嚓P(guān)問題的時(shí)候不會(huì)再感到束手無策。

通過這篇文章，你將可以了解到

• 為什么會(huì)有metaspace
• metaspace的組成
• metaspace的VM參數(shù)
• jstat里我們應(yīng)該關(guān)注metaspace的哪些值

為什么會(huì)有metaspace

metaspace的由來民間已有很多傳說，不過我這里只談我自己的理解，因?yàn)槲也皇莖racle參與這塊的開發(fā)者，所以對(duì)其真正的由來不怎么了解。

我們都知道jdk8之前有perm這一整塊內(nèi)存來存klass等信息，我們的參數(shù)里也必不可少地會(huì)配置-XX:PermSize以及-XX:MaxPermSize來控制這塊內(nèi)存的大小，jvm在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)根據(jù)這些配置來分配一塊連續(xù)的內(nèi)存塊，但是隨著動(dòng)態(tài)類加載的情況越來越多，這塊內(nèi)存我們變得不太可控，到底設(shè)置多大合適是每個(gè)開發(fā)者要考慮的問題，如果設(shè)置太小了，系統(tǒng)運(yùn)行過程中就容易出現(xiàn)內(nèi)存溢出，設(shè)置大了又總感覺浪費(fèi)，盡管不會(huì)實(shí)質(zhì)分配這么大的物理內(nèi)存?；谶@么一個(gè)可能的原因，于是metaspace出現(xiàn)了，希望內(nèi)存的管理不再受到限制，也不要怎么關(guān)注元數(shù)據(jù)這塊的OOM問題，雖然到目前來看，也并沒有完美地解決這個(gè)問題。

或許從JVM代碼里也能看出一些端倪來，比如MaxMetaspaceSize默認(rèn)值很大，CompressedClassSpaceSize默認(rèn)也有1G，從這些參數(shù)我們能猜到metaspace的作者不希望出現(xiàn)它相關(guān)的OOM問題。

metaspace的組成

metaspace其實(shí)由兩大部分組成

• Klass Metaspace
• NoKlass Metaspace

Klass Metaspace就是用來存klass的，klass是我們熟知的class文件在jvm里的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不過有點(diǎn)要提的是我們看到的類似A.class其實(shí)是存在heap里的，是java.lang.Class的一個(gè)對(duì)象實(shí)例。這塊內(nèi)存是緊接著Heap的，和我們之前的perm一樣，這塊內(nèi)存大小可通過-XX:CompressedClassSpaceSize參數(shù)來控制，這個(gè)參數(shù)前面提到了默認(rèn)是1G，但是這塊內(nèi)存也可以沒有，假如沒有開啟壓縮指針就不會(huì)有這塊內(nèi)存，這種情況下klass都會(huì)存在NoKlass Metaspace里，另外如果我們把-Xmx設(shè)置大于32G的話，其實(shí)也是沒有這塊內(nèi)存的，因?yàn)闀?huì)這么大內(nèi)存會(huì)關(guān)閉壓縮指針開關(guān)。還有就是這塊內(nèi)存最多只會(huì)存在一塊。

NoKlass Metaspace專門來存klass相關(guān)的其他的內(nèi)容，比如method，constantPool等，這塊內(nèi)存是由多塊內(nèi)存組合起來的，所以可以認(rèn)為是不連續(xù)的內(nèi)存塊組成的。這塊內(nèi)存是必須的，雖然叫做NoKlass Metaspace，但是也其實(shí)可以存klass的內(nèi)容，上面已經(jīng)提到了對(duì)應(yīng)場景。

Klass Metaspace和NoKlass Mestaspace都是所有classloader共享的，所以類加載器們要分配內(nèi)存，但是每個(gè)類加載器都有一個(gè)SpaceManager，來管理屬于這個(gè)類加載的內(nèi)存小塊。如果Klass Metaspace用完了，那就會(huì)OOM了，不過一般情況下不會(huì)，NoKlass Mestaspace是由一塊塊內(nèi)存慢慢組合起來的，在沒有達(dá)到限制條件的情況下，會(huì)不斷加長這條鏈，讓它可以持續(xù)工作。

metaspace的幾個(gè)參數(shù)

如果我們要改變metaspace的一些行為，我們一般會(huì)對(duì)其相關(guān)的一些參數(shù)做調(diào)整，因?yàn)閙etaspace的參數(shù)本身不是很多，所以我這里將涉及到的所有參數(shù)都做一個(gè)介紹，也許好些參數(shù)大家都是有誤解的

• UseLargePagesInMetaspace
• InitialBootClassLoaderMetaspaceSize
• MetaspaceSize
• MaxMetaspaceSize
• CompressedClassSpaceSize
• MinMetaspaceExpansion
• MaxMetaspaceExpansion
• MinMetaspaceFreeRatio
• MaxMetaspaceFreeRatio

UseLargePagesInMetaspace

默認(rèn)false，這個(gè)參數(shù)是說是否在metaspace里使用LargePage，一般情況下我們使用4KB的page size，這個(gè)參數(shù)依賴于UseLargePages這個(gè)參數(shù)開啟，不過這個(gè)參數(shù)我們一般不開。

InitialBootClassLoaderMetaspaceSize

64位下默認(rèn)4M，32位下默認(rèn)2200K，metasapce前面已經(jīng)提到主要分了兩大塊，Klass Metaspace以及NoKlass Metaspace，而NoKlass Metaspace是由一塊塊內(nèi)存組合起來的，這個(gè)參數(shù)決定了NoKlass Metaspace的第一個(gè)內(nèi)存Block的大小，即2*InitialBootClassLoaderMetaspaceSize，同時(shí)為bootstrapClassLoader的第一塊內(nèi)存chunk分配了InitialBootClassLoaderMetaspaceSize的大小

MetaspaceSize

默認(rèn)20.8M左右(x86下開啟c2模式)，主要是控制metaspaceGC發(fā)生的初始閾值，也是最小閾值，但是觸發(fā)metaspaceGC的閾值是不斷變化的，與之對(duì)比的主要是指Klass Metaspace與NoKlass Metaspace兩塊committed的內(nèi)存和。

MaxMetaspaceSize

默認(rèn)基本是無窮大，但是我還是建議大家設(shè)置這個(gè)參數(shù)，因?yàn)楹芸赡軙?huì)因?yàn)闆]有限制而導(dǎo)致metaspace被無止境使用(一般是內(nèi)存泄漏)而被OS Kill。這個(gè)參數(shù)會(huì)限制metaspace(包括了Klass Metaspace以及NoKlass Metaspace)被committed的內(nèi)存大小，會(huì)保證committed的內(nèi)存不會(huì)超過這個(gè)值，一旦超過就會(huì)觸發(fā)GC，這里要注意和MaxPermSize的區(qū)別，MaxMetaspaceSize并不會(huì)在jvm啟動(dòng)的時(shí)候分配一塊這么大的內(nèi)存出來，而MaxPermSize是會(huì)分配一塊這么大的內(nèi)存的。

CompressedClassSpaceSize

默認(rèn)1G，這個(gè)參數(shù)主要是設(shè)置Klass Metaspace的大小，不過這個(gè)參數(shù)設(shè)置了也不一定起作用，前提是能開啟壓縮指針，假如-Xmx超過了32G，壓縮指針是開啟不來的。如果有Klass Metaspace，那這塊內(nèi)存是和Heap連著的。

MinMetaspaceExpansion

MinMetaspaceExpansion和MaxMetaspaceExpansion這兩個(gè)參數(shù)或許和大家認(rèn)識(shí)的并不一樣，也許很多人會(huì)認(rèn)為這兩個(gè)參數(shù)不就是內(nèi)存不夠的時(shí)候，然后擴(kuò)容的最小大小嗎？其實(shí)不然

這兩個(gè)參數(shù)和擴(kuò)容其實(shí)并沒有直接的關(guān)系，也就是并不是為了增大committed的內(nèi)存，而是為了增大觸發(fā)metaspace GC的閾值

這兩個(gè)參數(shù)主要是在比較特殊的場景下救急使用，比如gcLocker或者should_concurrent_collect的一些場景，因?yàn)檫@些場景下接下來會(huì)做一次GC，相信在接下來的GC中可能會(huì)釋放一些metaspace的內(nèi)存，于是先臨時(shí)擴(kuò)大下metaspace觸發(fā)GC的閾值，而有些內(nèi)存分配失敗其實(shí)正好是因?yàn)檫@個(gè)閾值觸頂導(dǎo)致的，于是可以通過增大閾值暫時(shí)繞過去

默認(rèn)332.8K，增大觸發(fā)metaspace GC閾值的最小要求。假如我們要救急分配的內(nèi)存很小，沒有達(dá)到MinMetaspaceExpansion，但是我們會(huì)將這次觸發(fā)metaspace GC的閾值提升MinMetaspaceExpansion，之所以要大于這次要分配的內(nèi)存大小主要是為了防止別的線程也有類似的請(qǐng)求而頻繁觸發(fā)相關(guān)的操作，不過如果要分配的內(nèi)存超過了MaxMetaspaceExpansion，那MinMetaspaceExpansion將會(huì)是要分配的內(nèi)存大小基礎(chǔ)上的一個(gè)增量

MaxMetaspaceExpansion

默認(rèn)5.2M，增大觸發(fā)metaspace GC閾值的最大要求。假如說我們要分配的內(nèi)存超過了MinMetaspaceExpansion但是低于MaxMetaspaceExpansion，那增量是MaxMetaspaceExpansion，如果超過了MaxMetaspaceExpansion，那增量是MinMetaspaceExpansion加上要分配的內(nèi)存大小

注：每次分配只會(huì)給對(duì)應(yīng)的線程一次擴(kuò)展觸發(fā)metaspace GC閾值的機(jī)會(huì)，如果擴(kuò)展了，但是還不能分配，那就只能等著做GC了

MinMetaspaceFreeRatio

MinMetaspaceFreeRatio和下面的MaxMetaspaceFreeRatio，主要是影響觸發(fā)metaspaceGC的閾值

默認(rèn)40，表示每次GC完之后，假設(shè)我們?cè)试S接下來metaspace可以繼續(xù)被commit的內(nèi)存占到了被commit之后總共committed的內(nèi)存量的MinMetaspaceFreeRatio%，如果這個(gè)總共被committed的量比當(dāng)前觸發(fā)metaspaceGC的閾值要大，那么將嘗試做擴(kuò)容，也就是增大觸發(fā)metaspaceGC的閾值，不過這個(gè)增量至少是MinMetaspaceExpansion才會(huì)做，不然不會(huì)增加這個(gè)閾值

這個(gè)參數(shù)主要是為了避免觸發(fā)metaspaceGC的閾值和gc之后committed的內(nèi)存的量比較接近，于是將這個(gè)閾值進(jìn)行擴(kuò)大

一般情況下在gc完之后，如果被committed的量還是比較大的時(shí)候，換個(gè)說法就是離觸發(fā)metaspaceGC的閾值比較接近的時(shí)候，這個(gè)調(diào)整會(huì)比較明顯

注：這里不用gc之后used的量來算，主要是擔(dān)心可能出現(xiàn)committed的量超過了觸發(fā)metaspaceGC的閾值，這種情況一旦發(fā)生會(huì)很危險(xiǎn)，會(huì)不斷做gc，這應(yīng)該是jdk8在某個(gè)版本之后才修復(fù)的bug

MaxMetaspaceFreeRatio

默認(rèn)70，這個(gè)參數(shù)和上面的參數(shù)基本是相反的，是為了避免觸發(fā)metaspaceGC的閾值過大，而想對(duì)這個(gè)值進(jìn)行縮小。這個(gè)參數(shù)在gc之后committed的內(nèi)存比較小的時(shí)候并且離觸發(fā)metaspaceGC的閾值比較遠(yuǎn)的時(shí)候，調(diào)整會(huì)比較明顯

jstat里的metaspace字段

我們看GC是否異常，除了通過GC日志來做分析之外，我們還可以通過jstat這樣的工具展示的數(shù)據(jù)來分析，前面我公眾號(hào)里有篇文章介紹了jstat這塊的實(shí)現(xiàn)，有興趣的可以到我的公眾號(hào)你假笨里去翻閱下jstat的這篇文章。

我們通過jstat可以看到metaspace相關(guān)的這么一些指標(biāo)，分別是M，CCS，MC，MU，CCSC，CCSU，MCMN，MCMX，CCSMN，CCSMX

它們的定義如下：

  column {
    header "^M^"  /* Metaspace - Percent Used */
    data (1-((sun.gc.metaspace.capacity - sun.gc.metaspace.used)/sun.gc.metaspace.capacity)) * 100
    align right
    width 6
    scale raw
    format "0.00"
  }
  column {
    header "^CCS^"    /* Compressed Class Space - Percent Used */
    data (1-((sun.gc.compressedclassspace.capacity - sun.gc.compressedclassspace.used)/sun.gc.compressedclassspace.capacity)) * 100
    align right
    width 6
    scale raw
    format "0.00"
  }
  column {
    header "^MC^" /* Metaspace Capacity - Current */
    data sun.gc.metaspace.capacity
    align center
    width 6
    scale K
    format "0.0"
  }
  column {
    header "^MU^" /* Metaspae Used */
    data sun.gc.metaspace.used
    align center
    width 6
    scale K
    format "0.0"
  }
   column {
    header "^CCSC^"   /* Compressed Class Space Capacity - Current */
    data sun.gc.compressedclassspace.capacity
    width 8
    align right
    scale K
    format "0.0"
  }
  column {
    header "^CCSU^"   /* Compressed Class Space Used */
    data sun.gc.compressedclassspace.used
    width 8
    align right
    scale K
    format "0.0"
  }
  column {
    header "^MCMN^"   /* Metaspace Capacity - Minimum */
    data sun.gc.metaspace.minCapacity
    scale K
    align right
    width 8
    format "0.0"
  }
  column {
    header "^MCMX^"   /* Metaspace Capacity - Maximum */
    data sun.gc.metaspace.maxCapacity
    scale K
    align right
    width 8
    format "0.0"
  }
  column {
    header "^CCSMN^"    /* Compressed Class Space Capacity - Minimum */
    data sun.gc.compressedclassspace.minCapacity
    scale K
    align right
    width 8
    format "0.0"
  }
  column {
    header "^CCSMX^"  /* Compressed Class Space Capacity - Maximum */
    data sun.gc.compressedclassspace.maxCapacity
    scale K
    align right
    width 8
    format "0.0"
  }

我這里對(duì)這些字段分類介紹下

MC & MU & CCSC & CCSU

• MC表示Klass Metaspace以及NoKlass Metaspace兩者總共committed的內(nèi)存大小，單位是KB，雖然從上面的定義里我們看到了是capacity，但是實(shí)質(zhì)上計(jì)算的時(shí)候并不是capacity，而是committed，這個(gè)是要注意的

• MU這個(gè)無可厚非，說的就是Klass Metaspace以及NoKlass Metaspace兩者已經(jīng)使用了的內(nèi)存大小

• CCSC表示的是Klass Metaspace的已經(jīng)被commit的內(nèi)存大小，單位也是KB

• CCSU表示Klass Metaspace的已經(jīng)被使用的內(nèi)存大小

M & CCS

• M表示的是Klass Metaspace以及NoKlass Metaspace兩者總共的使用率，其實(shí)可以根據(jù)上面的四個(gè)指標(biāo)算出來，即(CCSU+MU)/(CCSC+MC)

• CCS表示的是NoKlass Metaspace的使用率，也就是CCSU/CCSC算出來的

PS：所以我們有時(shí)候看到M的值達(dá)到了90%以上，其實(shí)這個(gè)并不一定說明metaspace用了很多了，因?yàn)閮?nèi)存是慢慢commit的，所以我們的分母是慢慢變大的，不過當(dāng)我們committed到一定量的時(shí)候就不會(huì)再增長了

MCMN & MCMX & CCSMN & CCSMX

• MCMN和CCSMN這兩個(gè)值大家可以忽略，一直都是0

• MCMX表示Klass Metaspace以及NoKlass Metaspace兩者總共的reserved的內(nèi)存大小，比如默認(rèn)情況下Klass Metaspace是通過CompressedClassSpaceSize這個(gè)參數(shù)來reserved 1G的內(nèi)存，NoKlass Metaspace默認(rèn)reserved的內(nèi)存大小是2* InitialBootClassLoaderMetaspaceSize

• CCSMX表示Klass Metaspace reserved的內(nèi)存大小

綜上所述，其實(shí)看metaspace最主要的還是看MC，MU，CCSC，CCSU這幾個(gè)具體的大小來判斷metaspace到底用了多少更靠譜

以上就是JVM完全解讀之Metaspace解密源碼分析的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Metaspace源碼解密的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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