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Java中Xmx与MaxRAM JVM参数的区别

1. 概述

堆大小是Java应用程序的一个关键参数。它直接影响我们可以使用多少内存，并间接影响应用程序的性能。例如，使用压缩指针、垃圾回收周期的数量和持续时间等。

在本教程中，我们将学习如何使用-XX:MaxRAM标志来提供更多的堆大小计算调整机会。这在容器内运行应用程序或在不同主机上运行时尤其重要。

2. 堆大小计算

配置堆的标记可以一起工作，也可以相互覆盖。理解它们之间的关系对于更深入地了解它们的用途非常重要。

2.1 使用-Xmx

控制堆大小的主要方式是-Xmx和-Xms标志，分别控制最大和初始大小。这是一个强大的工具，但不考虑机器或容器上的可用空间。假设我们在可用RAM从4GB到64GB的不同主机上运行应用程序。

没有-Xmx的情况下，JVM会自动为应用程序堆分配大约25%的可用RAM。然而，通常JVM分配的初始堆大小取决于各种参数：系统架构、JVM版本、平台等。

这种行为在某些情况下可能是不可取的。根据可用RAM，它可能会分配截然不同的堆。让我们检查一下在具有24GB RAM的机器上JVM默认分配了多少：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 402653184    {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 6442450944   {product} {ergonomic}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

JVM大约分配了6GB或25%，对我们的应用程序来说可能太多了。设置特定的最大堆也可能会造成问题。如果我们使用-Xmx4g，它可能对内存不足的主机失败，同时我们也不会得到我们可以拥有的额外内存：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -Xmx4g -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 402653184    {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 4294967296   {product} {command line}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

在某些情况下，这个问题可以通过使用脚本即时计算-Xmx来解决。然而，它绕过了JVM关于应用程序需求可能更精确的启发式算法。

2.2 使用-XX:MaxRAM

-XX:MaxRAM标志旨在解决上述问题。首先，它防止JVM在具有大量RAM的系统上过度分配内存。我们可以将这个标志视为“运行应用程序，但假设你最多只有X量的RAM”。

此外，-XX:MaxRAM允许JVM使用标准启发式算法来计算堆大小。让我们回顾一下前面的例子，但使用-XX:MaxRAM：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:MaxRAM=6g -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 100663296    {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 1610612736   {product} {ergonomic}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

在这种情况下，JVM计算了最大堆大小，但假设我们只有6GB的RAM。注意我们不应该与-XX:MaxRAM一起使用-Xmx。因为-Xmx更具体，它会覆盖-XX:MaxRAM：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:MaxRAM=6g -Xmx6g -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 100663296    {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 6442450944   {product} {command line}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

这个标志可以提高资源利用率和堆分配。然而，我们仍然无法控制应该将多少RAM分配给堆。

2.3 使用-XX:MaxRAMPercentage和-XX:MinRAMPercentage

现在我们可以控制并告诉JVM它应该考虑多少RAM。让我们定义我们的堆分配策略。-XX:MaxRAM标志与-XX:MaxRAMPercentage和-XX:MinRAMPercentage很好地配合使用。**它们提供了更多的灵活性，特别是在容器化环境中。**让我们尝试将其与-XX:MaxRAM一起使用，并将堆设置为可用RAM的50%：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:MaxRAM=6g -XX:MaxRAMPercentage=50 -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 100663296    {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 3221225472   {product} {ergonomic}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

关于-XX:MinRAMPercentage有一个常见的误解。它并不像-Xms那样表现。尽管，假设它设置最小堆大小是合理的。让我们检查以下设置：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:MaxRAM=16g -XX:MaxRAMPercentage=10 -XX:MinRAMPercentage=50 -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 268435456    {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 1719664640   {product} {ergonomic}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

我们设置了-XX:MaxRAMPercentage和-XX:MinRAMPercentage，但很明显只有-XX:MaxRAMPercentage在工作。我们为堆分配了16GB RAM的10%。 然而，如果我们将可用RAM减少到200MB，我们会得到不同的行为：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:MaxRAM=200m -XX:MaxRAMPercentage=10 -XX:MinRAMPercentage=50 -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 8388608      {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 109051904    {product} {ergonomic}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

在这种情况下，堆大小由-XX:MinRAMPercentage控制。当可用RAM降至200MB以下时，这个标志开始生效。现在，我们可以将堆增加到75%：

$ java -XX:+PrintFlagsFinal -XX:MaxRAM=200m -XX:MaxRAMPercentage=10 -XX:MinRAMPercentage=75 -version |\
grep -e '\bMaxHeapSize\|MinHeapSize\|InitialHeapSize'
   size_t InitialHeapSize   = 8388608      {product} {ergonomic}
   size_t MaxHeapSize       = 134217728    {product} {ergonomic}
   size_t MinHeapSize       = 8388608      {product} {ergonomic}

如果我们对这样小的堆使用-XX:MaxRAMPercentage，我们会得到20MB的堆，这可能对我们的目的来说不够。这就是为什么我们为大堆和小堆有不同标志的原因。-XX:MaxRAM标志与它们配合得很好，给我们更多的控制。

3. 结论

控制堆大小对Java应用程序至关重要。分配更多的内存并不一定好；同时，分配不够内存也是坏的。

使用-Xmx、-XX:MaxRAM、-XX:MaxRAMPercentage和-XX:MinRAMPercentage可以帮助我们更好地调整应用程序并提高性能。