JVM运行时占用的内存

一个线上服务内存占用带来的问题

在Oracle官网给出的JVM调优文档中关于堆的调整技巧有以下三个方面：

• 1.应将堆大小设置为不超过最大可用物理RAM量。如果超过此值，操作系统将开始分页，性能会显着下降。VM总是使用比堆大小更多的内存。除了堆大小设置之外，还分配内部VM功能所需的内存，VM外部的本地类库和永久区（仅适用于Sun虚拟机：存储类和方法所需的内存）。

• 2.使用分代垃圾收集方案时，年轻代大小不应超过Java堆总大小的一半。通常，堆大小的25％到40％就足够了。

• 3.在生产环境中，将最小堆大小和最大堆大小设置为相同的值，以防止浪费用于
  不断增长和收缩堆的VM资源。

第三点将初始堆大小设置和最大堆大小相同，可以减少JVM重新分配内存，伸缩J堆大小时候的GC压力，在线上实际运行的时候给-Xms和-Xmx参数均设置成2048m，可是使用htop命令查看进程消耗的内存时候，发现只使用了1098m。Xms是设置初始堆和最小堆的大小，难道出问题了么？使用jmap命令输出堆的实际情况，如下：

[root@pc ~]# jmap -heap 15189
Attaching to process ID 15189, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.202-b08

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 2 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 2147483648 (2048.0MB)
   NewSize                  = 715653120 (682.5MB)
   MaxNewSize               = 715653120 (682.5MB)
   OldSize                  = 1431830528 (1365.5MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 677380096 (646.0MB)
   used     = 359083872 (342.4490661621094MB)
   free     = 318296224 (303.5509338378906MB)
   53.01069135636368% used
From Space:
   capacity = 18874368 (18.0MB)
   used     = 8472112 (8.079635620117188MB)
   free     = 10402256 (9.920364379882812MB)
   44.886864556206596% used
To Space:
   capacity = 18350080 (17.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 18350080 (17.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 1431830528 (1365.5MB)
   used     = 45051784 (42.96472930908203MB)
   free     = 1386778744 (1322.535270690918MB)
   3.14644667221399% used

31785 interned Strings occupying 3781800 bytes.

查看以上信息发现，堆分配大小没有问题的呀！这是为什么呢。。查了一会资料，JVM启动的时候，将虚拟地址与本机物理内存地址进行映射，实际运行的时候并没有使用到2048m内存，在堆内存不够用的时候回向操作系统申请物理内存，而操作系统htop命令查看的内存是RES即实际占用的物理内存，刚启动的时候比实际Xms来的小。

这里会带来两个问题：

• 第1次YGC之前Eden区分配对象的速度较慢;
• YGC的时候，Young区的对象要晋升到Old区的时候，这个时候需要操作系统真正分配内存，这样就会加大YGC的停顿时间;

我们可以给JVM添加-XX:+AlwaysPreTouch这个参数优化这个问题，不过这个参数在JDK8下有一个副作用会大大提高启动时间。

在没有配置-XX:+AlwaysPreTouch参数即默认情况下，JVM参数-Xms申明的堆只是在虚拟内存中分配，而不是在物理内存中分配：它被以一种内部数据结构的形式记录，从而避免被其他进程使用这些内存。这些内存页直到被访问时，才会在物理内存中分配。当JVM需要内存的时候，操作系统将根据需要分配内存页。

配置-XX:+AlwaysPreTouch参数后，JVM将-Xms指定的堆内存中每个字节都写入’0’，这样的话，除了在虚拟内存中以内部数据结构保留之外，还会在物理内存中分配。并且由于touch这个行为是单线程的，因此它将会让JVM进程启动变慢。所以，要么选择减少接下来对每个缓存页的第一次访问时间，要么选择减少JVM进程启动时间

不过在JDK9中可以使用并行操作，Parallelize Memory Pretouch。

这里又有疑问了，当JVM内存申请使用完毕后会返还给物理内存吗？

• 不会，一旦虚拟机申请分配了物理内存，不会返还。

设置了Xmx参数，JVM一定不会超过这个大小么？超过一定会OOM或者SOF吗？

• 还有堆外内存。。。

JVM内存占用情况

JVM进程主要占用内存的一些地方，其中JDK8之前JMM模型中共享的永久区取消变为元空间（metaspace）依旧存放于堆外内存之中。

由以上可以看出，JVM实际占用的内存实际上包含堆内和堆外的，而虚拟机启动参数Xms和Xmx限制的是堆的大小，实际虚拟机内存可能大得多。

总结

JVM在默认情况下启动的时候，

• JVM参数-Xms申明的堆只是在虚拟内存中分配，而不是在物理内存中分配；

• -XX:+AlwaysPreTouch参数可以申请提前占用内存，减少GC消耗，但会提高启动时间；

• JVM申请的物理内存，一旦申请不会返还，除非重启或者关闭；

• JVM实际占用的内存包括堆内和堆外内存，也就是会大于Xmx设置的值。