小試Java虛擬機器記憶體管理(Java 8)

最近研究了一下Java虛擬機器的記憶體管理。大體上分為兩部分：垃圾回收演算法和記憶體分配。舉個不恰當的比喻，好比汽車的變速箱和發動機。當'轉速/記憶體使用'過高時，就會觸發'換擋/垃圾回收'。

Java虛擬機器的記憶體分配，大體上可分為年輕代（Young Generation），老年代（Tenured Generation）以及元空間（Metaspace）。其中，新生代又分為Eden（伊甸園）,S0和S1（Survivor，倖存者樂園）。（參考《Java程式設計師修煉之道》及VisualVM）

注：Java 8取消了原來的永久代（PermGen），改為元空間（Metaspace）了。

對應於Java虛擬機器的引數設定：

-Xmn的大小 = Eden + S0 + S1
-Xmx的大小 = Eden + S0 + S1 + Old
-XX:SurvivorRatio用來分配Eden和S0，S1的比例
-XX:MaxMetaspaceSize表示Metaspace的最大值（-XX:MaxPermSize在Java 8中已經沒用了）

所以Xmn的大小不能超過Xmx，而且最好也不要相等，否則Old空間就變成0了。有些書上說SurvivorRatio的預設值為8:1:1，但是目測Java 8裡面的預設值為1:1:1

通過VisualVM可以很直觀地觀察上面的改動。

以觀察Eclipse的啟動時間為例，需要不斷地修改Eclipse的配置檔案，並重啟Eclipse，作業系統都快被我玩壞了。不過目前VisualVM也有Bug，Metaspace的最大值好像一直是1G左右，最終我把MaxMetaspaceSize改為20m，Eclipse啟動出錯，說明這個引數是起作用的，從而證明了VisualVM存在Bug。

!SESSION 2015-04-07 20:49:06.963 -----------------------------------------------
eclipse.buildId=4.3.2.M20140221-1700
java.version=1.8.0_25
java.vendor=Oracle Corporation
BootLoader constants: OS=win32, ARCH=x86_64, WS=win32, NL=en_US
Framework arguments:  -product org.eclipse.epp.package.standard.product
Command-line arguments:  -os win32 -ws win32 -arch x86_64 -product org.eclipse.epp.package.standard.product

This is a continuation of log file D:\workspace\.metadata\.bak_0.log
Created Time: 2015-04-07 20:49:40.681

!ENTRY org.eclipse.ui 4 0 2015-04-07 20:49:40.697
!MESSAGE Unhandled event loop exception
!STACK 0
org.eclipse.swt.SWTException: Failed to execute runnable (java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace)
    at org.eclipse.swt.SWT.error(SWT.java:4397)
    at org.eclipse.swt.SWT.error(SWT.java:4312)
    at org.eclipse.swt.widgets.Synchronizer.runAsyncMessages(Synchronizer.java:138)
    at org.eclipse.swt.widgets.Display.runAsyncMessages(Display.java:4145)
    at org.eclipse.swt.widgets.Display.readAndDispatch(Display.java:3762)
    at org.eclipse.e4.ui.internal.workbench.swt.PartRenderingEngine$9.run(PartRenderingEngine.java:1113)
    at org.eclipse.core.databinding.observable.Realm.runWithDefault(Realm.java:332)
    at org.eclipse.e4.ui.internal.workbench.swt.PartRenderingEngine.run(PartRenderingEngine.java:997)
    at org.eclipse.e4.ui.internal.workbench.E4Workbench.createAndRunUI(E4Workbench.java:140)
    at org.eclipse.ui.internal.Workbench$5.run(Workbench.java:611)
    at org.eclipse.core.databinding.observable.Realm.runWithDefault(Realm.java:332)
    at org.eclipse.ui.internal.Workbench.createAndRunWorkbench(Workbench.java:567)
    at org.eclipse.ui.PlatformUI.createAndRunWorkbench(PlatformUI.java:150)
    at org.eclipse.ui.internal.ide.application.IDEApplication.start(IDEApplication.java:124)
    at org.eclipse.equinox.internal.app.EclipseAppHandle.run(EclipseAppHandle.java:196)
    at org.eclipse.core.runtime.internal.adaptor.EclipseAppLauncher.runApplication(EclipseAppLauncher.java:110)
    at org.eclipse.core.runtime.internal.adaptor.EclipseAppLauncher.start(EclipseAppLauncher.java:79)
    at org.eclipse.core.runtime.adaptor.EclipseStarter.run(EclipseStarter.java:354)
    at org.eclipse.core.runtime.adaptor.EclipseStarter.run(EclipseStarter.java:181)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
    at org.eclipse.equinox.launcher.Main.invokeFramework(Main.java:636)
    at org.eclipse.equinox.launcher.Main.basicRun(Main.java:591)
    at org.eclipse.equinox.launcher.Main.run(Main.java:1450)
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

其實我本來是想調優的，但是Windows 7 64位環境上，無論怎麼調整引數，最後的啟動時間都是6、7秒的樣子，所以最後只能變成調"劣"了。（下圖為《深入理解Java虛擬機器》中測量啟動時間的Eclipse外掛）

結論：

1. Java虛擬機器的記憶體管理沒有想象中那麼複雜，如果結合VisualVM這種工具來學習，能起到事半功倍的效果。
2. Java記憶體空間有時還是挺浪費的，尤其是預設情況下，SurvivorRatio比例為1:1:1的情況下，大概有三分之一的空間一直為空。
3. 關於JVM記憶體引數的設定還是很有用的，尤其想搞清楚一些問題，希望儘快重現的時候，可以按需求修改空間大小，達到快速把事情搞砸的目的。