G1调优实践日记--被误解的MetaspaceSize

Metaspace

Metaspace 大家应该很熟悉了，所有线程共享的一块内存区域，主要存放已被虚拟机加载的类定义，方法定义，常量等一些元数据信息，运行时常量池（Runtime Constant Pool）也是方法区的一部分，Class 文件中的常量池表（Constant Pool Table，里面各种字面量和符号引用），被类加载后就放入方法区的运行时常量池。运行时常量池并不只有编译时才往里放东西，运行时也可以放新的常量，比如 String.intern()。有一个别名叫“非堆”。

jdk1.8以后直接用本地内存实现方法区，并改名叫 Metaspace。正因为用本地内存（native memory），所以它的最大内存可以达到机器内存的极限，但关于它的调优参数一直有个误解。

MetaspaceSize

-XX:MetaspaceSize 并不代表初始的 Metaspace 大小，在 oracle doc 中，有明确的解释

Class metadata is deallocated when the corresponding Java class is unloaded.
Java classes are unloaded as a result of garbage collection, and garbage collections may be induced to unload classes and deallocate class metadata.
When the space committed for class metadata reaches a certain level (a high-water mark), a garbage collection is induced.
After the garbage collection, the high-water mark may be raised or lowered depending on the amount of space freed from class metadata.
The high-water mark would be raised so as not to induce another garbage collection too soon.
The high-water mark is initially set to the value of the command-line option -XX:MetaspaceSize.
It is raised or lowered based on the options -XX:MaxMetaspaceFreeRatio and -XX:MinMetaspaceFreeRatio.
If the committed space available for class metadata as a percentage of the total committed space for class metadata is greater than -XX:MaxMetaspaceFreeRatio, then the high-water mark will be lowered.
If it's less than -XX:MinMetaspaceFreeRatio, then the high-water mark will be raised.

大致意思就是当 MetaspaceSize 接近一个指定水位（high-water mark）的时候，会引发垃圾回收，这个初始化的水位值就是 -XX:MetaspaceSize 。

另一方面，水位值会上下浮动，上浮主要是为了避免过早引发一次垃圾回收，而上下浮动主要由两个参数控制

-XX:MaxMetaspaceFreeRatio：已提交的 Metaspace 空间中剩余可用的占全部提交空间的比例大于 MaxMetaspaceFreeRatio ，说明 Metaspace 空间仍有富余，会降低水位。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio：反之，如果比例小于 MinMetaspaceFreeRatio ，说明 Metaspace 空间比较紧张，会升高水位。

这说明如果你只指定 -XX:MetaspaceSize，然后再做 Metaspace oom实验，并不代表 gc 会在你指定的值发生，因为这个值会上下浮动。

最后再提下 -XX:MaxMetaspaceSize 就是字面意思，会给 MetaspaceSize 设一个上限，默认空间是无限的（default unlimited）。

`-XX:MetaspaceSize` 验证实验

前面说了，要做 Metaspace oom 实验还需要考虑 MaxMetaspaceFreeRatio 和 MinMetaspaceFreeRatio 的设置，这次我的 gc 参数设为如下,都设为 0 是避免水位上下浮动：

-XX:+UseG1GC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceFreeRatio=0 -XX:MinMetaspaceFreeRatio=0

然后自定义一个大对象 OomObject ：

public class OomObject {String[] strings;public OomObject() {this(1);}/*** size,unit mb*/public OomObject(int size) {if (size <= 0) {size = 1;}strings = new String[size];for (int i = 0; i < size; i++) {strings[i] = new String(createObject());}}/*** create 1mb object** @return*/private byte[] createObject() {return new byte[1024 * 300];}
}

然后单元测试会无限循环创建 OomObject 的子类(通过cglib，并且关闭缓存)，这样会慢慢填充 MetaspaceSize，并且实时打印 MetaspaceSize log。

    @Testpublic void testMetaSpaceOom() throws InterruptedException {
//        ArrayList<Object> objects = new ArrayList<Object>();List<MemoryPoolMXBean> memoryPoolMXBeans = ManagementFactory.getMemoryPoolMXBeans();while (true) {Enhancer enhancer = new Enhancer();enhancer.setSuperclass(OomObject.class);enhancer.setUseCache(false);enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {@Overridepublic Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy)throws Throwable {return proxy.invokeSuper(obj, args);}});enhancer.create();Thread.sleep(200);for (MemoryPoolMXBean poolMXBean : memoryPoolMXBeans) {if (MemoryType.NON_HEAP.equals(poolMXBean.getType())) {MemoryUsage usage = poolMXBean.getUsage();if (poolMXBean.getName().contains("Metaspace")) {System.out.println(poolMXBean.getName() + ":" + usage.getCommitted());}}}}}

最后我们可以看到成果，在 MetaspaceSize 达到 8m 的时候，会触发 Metadata GC Threshold gc，验证了 -XX:MetaspaceSize 的作用。

···
Metaspace:8388608
Metaspace:8388608
2021-08-26T15:59:08.109+0800: [GC pause (Metadata GC Threshold) (young) (initial-mark), 0.0046983 secs][Parallel Time: 3.6 ms, GC Workers: 8][GC Worker Start (ms): Min: 36019.2, Avg: 36019.4, Max: 36020.0, Diff: 0.8][Ext Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.5, Max: 0.8, Diff: 0.8, Sum: 4.0]···