序

本文主要研究一下jvm的Code Cache

Code Cache

JVM生成的native code存放的内存空间称之为Code Cache；JIT编译、JNI等都会编译代码到native code，其中JIT生成的native code占用了Code Cache的绝大部分空间

相关参数

Codecache Size Options

• -XX:InitialCodeCacheSize

用于设置初始CodeCache大小

• -XX:ReservedCodeCacheSize

用于设置Reserved code cache的最大大小，通常默认是240M

• -XX:CodeCacheExpansionSize

用于设置code cache的expansion size，通常默认是64K

Codecache Flush Options

• -XX:+UseCodeCacheFlushing

是否在code cache满的时候先尝试清理一下，如果还是不够用再关闭编译，默认开启

Compilation Policy Options

• -XX:CompileThreshold

方法触发编译时的调用次数，默认是10000

• -XX:OnStackReplacePercentage

方法中循环执行部分代码的执行次数触发OSR编译时的阈值，默认是140

Compilation Limit Options

• -XX:MaxInlineLevel

针对嵌套调用的最大内联深度，默认为9

• -XX:MaxInlineSize

方法可以被内联的最大bytecode大小，默认为35

• -XX:MinInliningThreshold

方法可以被内联的最小调用次数，默认为250

• -XX:+InlineSynchronizedMethods

是否允许内联synchronized methods，默认为true

Diagnostic Options

• -XX:+PrintFlagsFinal(默认没有启用)

用于查看所有可设置的参数及最终值(JDK 6 update 21开始才可以用），默认是不包括diagnostic或experimental系的。如果要在-XX:+PrintFlagsFinal的输出里看到这两种参数的信息，分别需要显式指定-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions / -XX:+UnlockExperimentalVMOptions(-XX:+PrintCommandLineFlags 这个参数的作用是显示出VM初始化完毕后所有跟最初的默认值不同的参数及它们的值)

• -XX:+PrintCodeCache(默认没有启用)

-XX:+PrintCodeCache用于jvm关闭时输出code cache的使用情况

• -XX:+PrintCodeCacheOnCompilation(默认没有启用)

用于在方法每次被编译时输出code cache的使用情况

查看Code Cache的使用情况

-XX:+PrintCodeCache

CodeHeap 'non-profiled nmethods': size=120032Kb used=2154Kb max_used=2160Kb free=117877Kbbounds [0x00000001178ea000, 0x0000000117b5a000, 0x000000011ee22000]
CodeHeap 'profiled nmethods': size=120028Kb used=10849Kb max_used=11005Kb free=109178Kbbounds [0x00000001103b3000, 0x0000000110e73000, 0x00000001178ea000]
CodeHeap 'non-nmethods': size=5700Kb used=1177Kb max_used=1239Kb free=4522Kbbounds [0x000000010fe22000, 0x0000000110092000, 0x00000001103b3000]total_blobs=5638 nmethods=4183 adapters=435compilation: enabledstopped_count=0, restarted_count=0full_count=0
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• jvm启动参数加上-XX:+PrintCodeCache，可以在jvm关闭时输出code cache的使用情况
• 这里分了non-profiled nmethods、profiled nmethods、non-nmethods三部分来展示
• 其中size就是限制的最大大小，used表示实际使用量，max_used就是使用大小的high water mark，free由size-used得来

jcmd pid Compiler.codecache

/ # jcmd 1 Compiler.codecache
1:
CodeHeap 'non-profiled nmethods': size=120036Kb used=1582Kb max_used=1582Kb free=118453Kbbounds [0x00007f1e42226000, 0x00007f1e42496000, 0x00007f1e4975f000]
CodeHeap 'profiled nmethods': size=120032Kb used=9621Kb max_used=9621Kb free=110410Kbbounds [0x00007f1e3acee000, 0x00007f1e3b65e000, 0x00007f1e42226000]
CodeHeap 'non-nmethods': size=5692Kb used=1150Kb max_used=1198Kb free=4541Kbbounds [0x00007f1e3a75f000, 0x00007f1e3a9cf000, 0x00007f1e3acee000]total_blobs=5610 nmethods=4369 adapters=412compilation: enabledstopped_count=0, restarted_count=0full_count=0
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使用jcmd的Compiler.codecache也可以查看code cache的使用情况，输出跟-XX:+PrintCodeCache相同

jcmd pid VM.native_memory

/ # jcmd 1 VM.native_memory
1:Native Memory Tracking:Total: reserved=1928023KB, committed=231182KB
-                 Java Heap (reserved=511488KB, committed=140288KB)(mmap: reserved=511488KB, committed=140288KB)-                     Class (reserved=1090832KB, committed=46608KB)(classes #8218)(  instance classes #7678, array classes #540)(malloc=1296KB #19778)(mmap: reserved=1089536KB, committed=45312KB)(  Metadata:   )(    reserved=40960KB, committed=39680KB)(    used=38821KB)(    free=859KB)(    waste=0KB =0.00%)(  Class space:)(    reserved=1048576KB, committed=5632KB)(    used=5190KB)(    free=442KB)(    waste=0KB =0.00%)-                    Thread (reserved=37130KB, committed=2806KB)(thread #36)(stack: reserved=36961KB, committed=2636KB)(malloc=127KB #189)(arena=42KB #70)-                      Code (reserved=248651KB, committed=15351KB)(malloc=963KB #4600)(mmap: reserved=247688KB, committed=14388KB)-                        GC (reserved=21403KB, committed=7611KB)(malloc=5419KB #9458)(mmap: reserved=15984KB, committed=2192KB)-                  Compiler (reserved=150KB, committed=150KB)(malloc=20KB #447)(arena=131KB #5)-                  Internal (reserved=3744KB, committed=3744KB)(malloc=1696KB #6416)(mmap: reserved=2048KB, committed=2048KB)-                     Other (reserved=24KB, committed=24KB)(malloc=24KB #2)-                    Symbol (reserved=10094KB, committed=10094KB)(malloc=7305KB #219914)(arena=2789KB #1)-    Native Memory Tracking (reserved=4130KB, committed=4130KB)(malloc=12KB #158)(tracking overhead=4119KB)-               Arena Chunk (reserved=177KB, committed=177KB)(malloc=177KB)-                   Logging (reserved=7KB, committed=7KB)(malloc=7KB #264)-                 Arguments (reserved=18KB, committed=18KB)(malloc=18KB #500)-                    Module (reserved=165KB, committed=165KB)(malloc=165KB #1699)-                 Safepoint (reserved=4KB, committed=4KB)(mmap: reserved=4KB, committed=4KB)-                   Unknown (reserved=4KB, committed=4KB)(mmap: reserved=4KB, committed=4KB)
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使用jcmd的VM.native_memory也可以查看code cache的使用情况(Code部分)，Compiler部分为Memory tracking used by the compiler when generating code

使用MemoryPoolMXBean查看

    @Testpublic void testGetCodeCacheUsage(){ManagementFactory.getPlatformMXBeans(MemoryPoolMXBean.class).stream().filter(e -> MemoryType.NON_HEAP == e.getType()).filter(e -> e.getName().startsWith("CodeHeap")).forEach(e -> {LOGGER.info("name:{},info:{}",e.getName(),e.getUsage());});}
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MemoryPoolMXBean包含了HEAP及NON_HEAP，其中code cache属于NON_HEAP，其输出如下：

12:21:10.728 [main] INFO com.example.CodeCacheTest - name:CodeHeap 'non-nmethods',info:init = 2555904(2496K) used = 1117696(1091K) committed = 2555904(2496K) max = 5836800(5700K)
12:21:10.743 [main] INFO com.example.CodeCacheTest - name:CodeHeap 'profiled nmethods',info:init = 2555904(2496K) used = 1543808(1507K) committed = 2555904(2496K) max = 122908672(120028K)
12:21:10.743 [main] INFO com.example.CodeCacheTest - name:CodeHeap 'non-profiled nmethods',info:init = 2555904(2496K) used = 319616(312K) committed = 2555904(2496K) max = 122912768(120032K)
复制代码

spring boot应用查看

/ # curl -i "http://localhost:8080/actuator/metrics/jvm.memory.used?tag=area:nonheap"
HTTP/1.1 200
Content-Disposition: inline;filename=f.txt
Content-Type: application/vnd.spring-boot.actuator.v2+json;charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked
Date: Sat, 30 Mar 2019 04:26:39 GMT{"name":"jvm.memory.used","description":"The amount of used memory","baseUnit":"bytes","measurements":[{"statistic":"VALUE","value":6.5295408E7}],"availableTags":[{"tag":"id","values":["CodeHeap 'non-profiled nmethods'","CodeHeap 'profiled nmethods'","Compressed Class Space","Metaspace","CodeHeap 'non-nmethods'"]}]}/ # curl -i "http://localhost:8080/actuator/metrics/jvm.memory.used?tag=area:nonheap&tag=id:CodeHeap%20%27non-profiled
%20nmethods%27"
HTTP/1.1 200
Content-Disposition: inline;filename=f.txt
Content-Type: application/vnd.spring-boot.actuator.v2+json;charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked
Date: Sat, 30 Mar 2019 04:24:58 GMT{"name":"jvm.memory.used","description":"The amount of used memory","baseUnit":"bytes","measurements":[{"statistic":"VALUE","value":1592448.0}],"availableTags":[]}
复制代码

springboot使用micrometer，通过/actuator/metrics接口提供相关指标查询功能，其中code cache在jvm.memory.used这个metric中 它是基于MemoryPoolMXBean来实现的，具体详见micrometer-core-1.1.3-sources.jar!/io/micrometer/core/instrument/binder/jvm/JvmMemoryMetrics.java

小结

• JVM生成的native code存放的内存空间称之为Code Cache；JIT编译、JNI等都会编译代码到native code，其中JIT生成的native code占用了Code Cache的绝大部分空间
• -XX:ReservedCodeCacheSize用于设置Reserved code cache的最大大小，通常默认是240M；对于有些应用来说240M可能太大，code cache可能都填不满，相当于unconstrained，此时JIT就会继续编译任何它认为可以编译的code
• 查看Code Cache的内存使用情况有好几种方法：
  • jvm启动参数加上-XX:+PrintCodeCache，可以在jvm关闭时输出code cache的使用情况
  • 使用jcmd的Compiler.codecache，其输出跟-XX:+PrintCodeCache相同；
  • 使用jcmd的VM.native_memory也可以查看code cache的使用情况(Code部分)
  • 使用JMX来获取NON_HEAP类型中的name为CodeHeap开头的MemoryPoolMXBean可以得到code cache的使用情况
  • 如果是springboot应用，它使用micrometer，通过/actuator/metrics接口提供相关指标查询功能，其中code cache在jvm.memory.used这个metric中

doc

• 15 Codecache Tuning
• JVM的编译策略
• What are ReservedCodeCacheSize and InitialCodeCacheSize?
• Why does the JVM have a maximum inline depth?
• Code Cache满导致应用性能降低