JVM 參數(shù)：配置堆空間與棧空間

1. 前言

本節(jié)內(nèi)容主要是學(xué)習(xí) JVM 配置堆空間與?？臻g的常用參數(shù)配置，堆空間和?？臻g這兩塊內(nèi)存區(qū)域是非常重要的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)存放區(qū)，掌握堆空間與棧空間的參數(shù)配置，在實(shí)際工作中非常重要。本節(jié)主要知識(shí)點(diǎn)如下：

• 理解并掌握配置堆空間的參數(shù) -Xms 和 -Xmx，并配和跟蹤垃圾回收參數(shù) -XX:+PrintGCDetails 驗(yàn)證堆空間是否配置成功，為本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容；
• 理解并掌握配置年輕代的參數(shù) -Xmn，并配和跟蹤垃圾回收參數(shù) -XX:+PrintGCDetails 驗(yàn)證堆空間是否配置成功，為本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容；
• 理解并掌握配置元空間的參數(shù) -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize，并配和跟蹤垃圾回收參數(shù) -XX:+PrintGCDetails 驗(yàn)證堆空間是否配置成功，為本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容；
• 理解并掌握配置棧空間的參數(shù) -Xss，為本節(jié)次重點(diǎn)內(nèi)容；

JVM 配置堆空間與?？臻g的常用參數(shù)，是非常重要的知識(shí)點(diǎn)，需要在理解的基礎(chǔ)上，并掌握參數(shù)的使用方法。堆空間更加詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)在后續(xù)的課程中做專門講解，此處先掌握配置方法即可。

2. 示例代碼準(zhǔn)備

本節(jié)主要是為了學(xué)習(xí)配置堆空間和?？臻g的參數(shù)，因此不需要像跟蹤垃圾回收那樣手動(dòng)調(diào)用 gc 方法，也不需要像跟蹤類的加載與卸載那樣建立一個(gè) ArrayList 來觀察 ArrayList 類的加載。所以此處的實(shí)例代碼非常簡(jiǎn)單，隨意打印一行字符串即可，我們主要的關(guān)注點(diǎn)在配置完堆空間和?？臻g之后是否生效。

示例：

public class HeapAndStackParamsDemo {  
	 public static void main(String[] args) {  
		 System.out.println("Heap and Stack!");  
	 }  
}

3. -Xms 和 -Xmx 參數(shù)

參數(shù)作用：

• -Xms：設(shè)置堆的初始空間大?。?/li>
• -Xmx：設(shè)置堆的最大空間大小。

Tips：多數(shù)情況下，這兩個(gè)參數(shù)是配合使用的，設(shè)置完初始空間大小后，為了對(duì)堆空間的最大值有一個(gè)把控，還需要設(shè)置下堆空間的最大值。

場(chǎng)景設(shè)置：設(shè)置堆的初始空間大小為 10 M，設(shè)置堆的最大空間大小為 20 M。（此處設(shè)置的空間大小為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體值的設(shè)置，需要根據(jù)不同項(xiàng)目的實(shí)際情況而定。）

• 步驟 1：在 VM Options 中配置參數(shù) -Xms10m -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails 并保存；

Tips：為了驗(yàn)證參數(shù)設(shè)置是否成功，我們需要配合使用 - XX:+PrintGCDetails 來獲取堆空間的空間大小，因此此處的參數(shù)需要添加上 - XX:+PrintGCDetails，此處僅為驗(yàn)證，正常情況下，堆空間的設(shè)置是單獨(dú)使用的，如： -Xms10m -Xmx20m。

• 步驟 2：運(yùn)行示例代碼，觀察執(zhí)行結(jié)果。

結(jié)果驗(yàn)證：

Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 2012K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 98% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffef7388,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
  
 ParOldGen       total 7168K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 0% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff600000,0x00000000ffd00000)
  
 Metaspace       used 3354K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 367K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

結(jié)果分析：我們實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)中，設(shè)置了堆空間的大小初始化為 10 M，那么換算成 Kb 為 10 M = 10240 Kb。

Tips：我們從打印的結(jié)果中看到了三部分內(nèi)存，PSYoungGen （年輕代），ParOldGen（老年代），Metaspace （元空間）。從 JDK1.8 開始，Metaspace （元空間）不屬于堆空間，目前我使用的 JDK 大版本號(hào)為 1.8 ，因此對(duì)于堆空間的初始化大小 10 M，應(yīng)該只分配給了 PSYoungGen （年輕代）和 ParOldGen（老年代）。

提出問題：我們來進(jìn)行下計(jì)算，（PSYoungGen total）2560K + （ParOldGen total）7168K = 9728 K。為什么不等于 10240 K? 是什么原因呢？

問題解決：其實(shí)是因?yàn)檫@里的 total 指的是可用內(nèi)存，我們來看下 PSYoungGen （年輕代）的全部日志：

PSYoungGen      total 2560K, used 2012K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 98% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffef7388,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)

我們可以看到，PSYoungGen（年輕代）包含了 eden 區(qū)以及 from space 和 to space 兩個(gè)區(qū)域，同一時(shí)間，from space 和 to space 只有一個(gè)區(qū)域是可以用的。所以分配給 PSYoungGen（年輕代）的總內(nèi)存是 2560 K+ 512 K= 3072 K。

我們?cè)購男伦鱿掠?jì)算，（PSYoungGen total）3072 K+ （ParOldGen total）7168K = 10240 K。到此，證明了參數(shù)設(shè)置的有效性。

4. -Xmn 參數(shù)

參數(shù)作用：專門的設(shè)置年輕代 PSYoungGen 大小的參數(shù)。

場(chǎng)景設(shè)置：為了更好的理解并掌握 -Xmn 參數(shù)，我們沿用上一知識(shí)點(diǎn)的 -Xms10m -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails 參數(shù)，在此參數(shù)的基礎(chǔ)上，添加 -Xmn5m ，單獨(dú)設(shè)置年輕代 PSYoungGen 的大小為 5m。

Tips：前文講解過，堆空間大小 = 年輕代空間大小 + 老年代空間大小，此處設(shè)置堆空間初始大小為 10m，年輕代大小為 5m， 那么通過簡(jiǎn)單的計(jì)算，老年代的空間大小為 10m - 5m = 5m。我們繼續(xù)來看實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果驗(yàn)證。

• 步驟 1：在 VM Options 中配置參數(shù) -Xms10m -Xmx20m -Xmn5m -XX:+PrintGCDetails 并保存；
• 步驟 2：運(yùn)行示例代碼，觀察執(zhí)行結(jié)果。

結(jié)果驗(yàn)證：

Heap
 PSYoungGen      total 4608K, used 2142K [0x00000000ffb00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 4096K, 52% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffd179c0,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
  
 ParOldGen       total 5120K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffb00000, 0x00000000ffb00000)
  object space 5120K, 0% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff600000,0x00000000ffb00000)
  
 Metaspace       used 3441K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 374K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

結(jié)果分析：我們主要來關(guān)注下 PSYoungGen（年輕代）的大小，看是否為 5m，換算成 Kb 為 5120 Kb。前文提到過，total 僅代表可用內(nèi)存，而同一時(shí)間 from space 和 to space 只有一個(gè)是可用的，所以 PSYoungGen（年輕代）總內(nèi)存的大小為 4608K + 512K = 5120K = 5m。

5. -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 參數(shù)

Tips：在 JDK 1.8 之前，所有加載的類信息都放在永久代中。但在 JDK1.8 之時(shí)，永久代被移除，取而代之的是元空間（Metaspace）。一些版本比較低的教程或者論壇，經(jīng)常會(huì)在忽略 JDK 版本的前提下談?dòng)谰么蛘咴臻g，不要被此類教程迷惑，此處同學(xué)要特別注意。

參數(shù)作用：

• -XX:MetaspaceSize ：元空間發(fā)生 GC 的初始閾值；

Tips：-XX:MetaspaceSize 這個(gè)參數(shù)并非設(shè)置元空間初始大小，而是設(shè)置的發(fā)生 GC 的初始閾值。舉例來說，如果設(shè)置 -XX:MetaspaceSize 為 10m，那么當(dāng)元空間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量到達(dá) 10m 時(shí)，就會(huì)發(fā)生 GC。

• -XX:MaxMetaspaceSize ：設(shè)置元空間的最大空間大小。

場(chǎng)景設(shè)置：設(shè)置元空間發(fā)生 GC 的初始閾值的大小為 10 M，設(shè)置元空間的最大空間大小為 20 M。（此處設(shè)置的空間大小為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體值的設(shè)置，需要根據(jù)不同項(xiàng)目的實(shí)際情況而定。）
我們通過兩步來進(jìn)行驗(yàn)證：

• 步驟 1：在 VM Options 中配置參數(shù) -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=20m -XX:+PrintGCDetails 并保存；
• 步驟 2：運(yùn)行示例代碼，觀察執(zhí)行結(jié)果。

結(jié)果驗(yàn)證：

Heap
 PSYoungGen      total 76288K, used 5244K [0x000000076b400000, 0x0000000770900000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 8% used [0x000000076b400000,0x000000076b91f0d8,0x000000076f400000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076fe80000,0x000000076fe80000,0x0000000770900000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076f400000,0x000000076f400000,0x000000076fe80000)
  
 ParOldGen       total 175104K, used 0K [0x00000006c1c00000, 0x00000006cc700000, 0x000000076b400000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c1c00000,0x00000006c1c00000,0x00000006cc700000)
  
 Metaspace       used 3392K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 368K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

結(jié)果分析：從上面的執(zhí)行結(jié)果可以看到，Metaspace 空間的初始大小為 3392K ，并不是我們?cè)O(shè)置的 10M。那是因?yàn)?-XX:MetaspaceSize 設(shè)置的是元空間發(fā)生 GC 的初始閾值。當(dāng)達(dá)到這個(gè)值時(shí)，元空間發(fā)生 GC 操作。如果不進(jìn)行設(shè)置，這個(gè)值默認(rèn)是 20.8M。

而 -XX:MaxMetaspaceSize 則是設(shè)置元空間的最大值，如果不手動(dòng)設(shè)置，默認(rèn)基本是機(jī)器的物理內(nèi)存大小。雖然可以不設(shè)置，但還是建議設(shè)置一下，因?yàn)槿绻恢辈粩嗯蛎?，那?JVM 進(jìn)程可能會(huì)被 OS kill 掉。

6. -Xss 參數(shù)

參數(shù)作用：設(shè)置單個(gè)線程棧大小，一般默認(rèn) 512 - 1024kb。

Tips：由于單個(gè)線程棧大小跟操作系統(tǒng)和 JDK 版本都有關(guān)系，因此其默認(rèn)大小是一個(gè)范圍值， 512 - 1024kb。在平時(shí)工作中，-Xss 參數(shù)使用到的場(chǎng)景是非常少的，因?yàn)閱蝹€(gè)線程的?？臻g大小使用默認(rèn)的 512 - 1024kb 就能夠滿足需求。

如果在某些個(gè)別場(chǎng)景下，單個(gè)線程的?？臻g發(fā)生內(nèi)存溢出，多數(shù)情況是由于迭代的深度達(dá)到了棧的最大深度，導(dǎo)致內(nèi)存溢出。這種異常情況，多數(shù)會(huì)選擇優(yōu)化方法，并不是立刻提升?？臻g大小，因?yàn)槊つ刻嵘龡？臻g大小，是一種資源浪費(fèi)。

-Xss 參數(shù)的使用為本節(jié)課程的次重點(diǎn)，學(xué)習(xí)者只要了解并掌握該參數(shù)的作用即可，萬一工作中碰到設(shè)置?？臻g大小的場(chǎng)景，也不至于束手無措。

7. 小結(jié)

本小節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容即我們所講述的幾種設(shè)置堆空間的參數(shù)，學(xué)習(xí)者需要對(duì)這些常用參數(shù)的意義以及使用方式進(jìn)行掌握，在實(shí)際工作中，使用頻次非常高。對(duì)于?？臻g的參數(shù)設(shè)置，為本節(jié)次重點(diǎn)，因?yàn)槭褂脠?chǎng)景比較少，學(xué)習(xí)者只要有此參數(shù)的印象即可，做到用時(shí)可用。