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解码OutOfMemoryError:PermGen Space

对于JAVA7以下,垃圾回收是Java开发人员理解得最不彻底的地方之一。他们觉得既然JVM负责垃圾回收,那么便不必担心内存的分配跟回收等问题。但是当应用变得复杂的时候,垃圾回收同样变得复杂起来,而且一旦垃圾回收变得复杂,程序的性能就会受到影响。所以,这篇文章深入理解和剖析垃圾回收机制是怎样工作的,以及如何修复Java中的“Out of Memory”问题。有两个十分普遍的导致“Out of Memory”问题的因素。第一个是堆大小,第二个就是PermGen Space。

按照官方的说法:“Java 虚拟机具有一个堆,堆是运行时数据区域,所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。”“在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)”。
可以看出JVM主要管理两种类型的内存:堆和非堆。简单来说堆就是Java代码可及的内存,是留给开发人员使用的;非堆就是JVM留给自己用的,
所以方法区、JVM内部处理或优化所需的内存(如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构(如运行时常数池、字段和方法数据)以及方法和构造方法的代码都在非堆内存中。

堆区:
1.存储的全部是对象,每个对象都包含一个与之对应的class的信息。(class的目的是得到操作指令)
2.jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享,堆中不存放基本类型和对象引用,只存放对象本身
栈区:
1.每个线程包含一个栈区,栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象),对象都存放在堆区中
2.每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的,其他栈不能访问。
3.栈分为3个部分:基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。
方法区:
1.又叫静态区,跟堆一样,被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量。
2.方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素,如class,static变量。

 

永久代和类加载器

Java对象是Java类的实例。每一次创建一个新的Java对象,JVM就会创建一个该对象的内部标识并把该对象存储在堆中。如果是首次访问该类,JVM就必须加载它。类加载是定位相关类文件、在硬盘上找到该文件、加载该文件并解析文件结构的一系列过程。确保类的正确加载是类加载器(ClassLoader)的责任。一个Java程序中的每一个类都必须被相同的类加载器加载。类加载器是java.lang.ClassLoader类的实例。类加载器把Java类暂时加载到Perm Space中。

JVM也创建了Java类的内部标识并把java类存储在永久代中。在垃圾回收期间,对象跟类都被看作对象且用相同的方式进行垃圾回收。最初,类和对象都被存储在堆空间。

作为优化性能,会创建永久代并将被放在永久代中。类是我们的JVM实现的一部分,并且我们不应该用数据结构填满Java堆。永久代内存分配在堆之外,包含以下类的信息:

  • 类的方法
  • 类的名字
  • 常量池信息
  • 跟类有关的对象数组和类型数组
  • JVM使用的内部对象
  • 编译器优化的使用信息

既然现在我们已经理解了永久代是什么,那么就让我们看一看是什么引发了内存问题。

PermGen Space

当JVM需要加载一个新类的定义的却发现在PermGen没有足够的空间时,”java.lang.OutOfMemoryError: PermGen Space”错误便发生了。默认分配的永久代内存空间(PermGen Space),服务器模式是64M,客户端模式是32M。有两个可能原因导致永久代内存空间问题。

通过测试工具复现:

-XX:PermSize=56m -XX:MaxPermSize=56m

配置perm大小为56M,使用jmeter进行全功能压力测试,很快可以通过jprofile看到perm gen满了,同时Tomcat报错,后面再也无法提供服务。

 

第一个原因可能是你的应用程序或服务器拥有太多的类,而已有永久代内存空间不足以容纳所有的类。

-XX:MaxPermSize=XXXM

如果出现OOM,这是因为类太多而引起的永久代内存空间不足,那么你可以通过增加 +XX:MaxPermSize=XXXM 大小的方式来增加永久代的内存空间。这样做会加大存储类的空间变量的大小,并且 +XX:MaxPermSize参数应该设置为256M。

TOMCAT可以用过修改calitina.bat中的配置或者注册表中Option选项来修改该配置值。

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled

个参数显示在使用CMS GC时,未加载类是否可用。该参数默认值为false,由此,你需要在java选项中显示设置下面选项:

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled

如果你启用 CMSClassUnloadingEnabled ,JVM进行GC时便会清除永久代,并且删除不再使用的类。这个选项只会在 UseConcMarkSweepGC 可用时才起作用。通过以下选项使 UseConcMarkSweepGC 可用:

-XX:+ UseConcMarkSweepGC

-XX:+CMSPermGenSweepingEnabled

这个参数显示清除永久代是否可用。默认情况下这个参数是不可用的,所以要协调永久代问题,就必须显示设置这个参数。这个参数在Java 6里面被删除,所以如果你在使用Java 6或以上版本,你将不得不使用 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled 选项。所以,为了解决永久代空间的内存问题,被添加的选项看起来如下:

1
-XX:MaxPermSize=128M –XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+CMSClassUnloadingEnabled

 

第二个原因可能是内存泄露。被加载的类定义如何变成没有被使用?

正常情况下,在Java中类是永久存在的。所以一旦类被加载,他们将一直停留在内存中,即便其所在应用服务器端已经停止运行。像cglib这样的动态类产生库,在他们动态创建了大量类之后,会使用大量永久代内存空间。在运行时创建的代理类被广泛地使用。当单个类定义被用于产生多个实例时,创建新的代理类将会很容易。

Spring和Hibernate经常产生某个类的代理,这些代理类被类加载器加载。产生的类定义从不被清理,导致永久性堆空间迅速填满。

为了解决永久代内存空间问题,你需要识别出泄露的原因并修补它。增大永久代内容空间不会有益于解决却只会延缓这类问题,因为在某种意义上,永久代内存空间终将被填满。

如果你正在使用Tomcat且经常遇到内存溢出问题,最新版本的Tomcat已经有足够的容量来解决某些内存溢出问题。

-XX:InitialCodeCacheSize and -XX:ReservedCodeCacheSize

JVM一个有趣的,但往往被忽视的内存区域是“代码缓存”,它是用来存储已编译方法生成的本地代码。代码缓存确实很少引起性能问题,但是一旦发生其影响可能是毁灭性的。如果代码缓存被占满,JVM会打印出一条警告消息(CodeCache is full),并切换到interpreted-only 模式:JIT编译器被停用,字节码将不再会被编译成机器码。因此,应用程序将继续运行,但运行速度会降低一个数量级,直到有人注意到这个问题。就像其他内存区域一样,我们可以自定义代码缓存的大小。相关的参数是-XX:InitialCodeCacheSize 和-XX:ReservedCodeCacheSize,它们的参数和上面介绍的参数一样,都是字节值。默认服务端为48m,通过jprofile可以验证:

总结

 

堆内存分配
JVM初始分配的堆内存由-Xms指定,默认是物理内存的1/64;JVM最大分配的堆内存由-Xmx指定,默认是物理内存的1/4。默认空余堆内存小于40%时,JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制;
空余堆内存大于70%时,JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、-Xmx 相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。
说明:如果-Xmx 不指定或者指定偏小,应用可能会导致java.lang.OutOfMemory错误,此错误来自JVM,不是Throwable的,无法用try…catch捕捉。
非堆内存分配
JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值,默认是物理内存的1/64;由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小,默认是物理内存的1/4。(还有一说:MaxPermSize缺省值和-server -client选项相关,
-server选项下默认MaxPermSize为64m,-client选项下默认MaxPermSize为32m。
上面错误信息中的PermGen space的全称是Permanent Generation space,是指内存的永久保存区域。
XX:MaxPermSize设置过小会导致java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 就是内存益出。
说说为什么会内存益出:
(1)这一部分内存用于存放Class和Meta的信息,Class在被 Load的时候被放入PermGen space区域,它和存放Instance的Heap区域不同。
(2)GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对PermGen space进行清理,所以如果你的APP会LOAD很多CLASS 的话,就很可能出现PermGen space错误。

一旦你遇到永久代内存空间问题,你需要找出这个问题是否是由于你的应用程序加载了大量的类或出现了内存泄露。如果是由于类太多,精确地协调分配永久代内存空间能够解决。如果是由于内存泄露,你需要找到泄露的根本原因并标记出来。像cglib、Spring、Hibernate这样的框架会动态生成大量的类,所以在使用这些框架时分配更多的永久代内存空间是更好的选择。

 

经典配置:

set JAVA_OPTS=-server -Xms1024m -Xmx3096m -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m -XX:InitialCodeCacheSize=128m -XX:ReservedCodeCacheSize=128m

可以根据物理内存和实际的应用程序运行情况进行调整,为了保证正常运行一定要保证 perm的大小,为了不影响程序的运行速度有可以适当增加codeccache的大小。

 

JAVA8:一种新的内存空间的诞生

JDK8 HotSpot JVM 使用本地内存来存储类元数据信息并称之为:元空间(Metaspace);这与Oracle JRockit 和IBM JVM’s很相似。

PermGen空间被移除了,取而代之的是Metaspace(JEP 122)。JVM选项-XX:PermSize-XX:MaxPermSize分别被-XX:MetaSpaceSize-XX:MaxMetaspaceSize所代替。

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