Java中的元数据GC阈值概述

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垃圾收集是Java运行时系统识别并移除内存中未引用对象的过程。它在管理内存方面发挥着关键作用，通过清除未引用的对象、临时对象、未使用的元数据等。

在本教程中，我们将探索元空间（Metaspace）和元数据GC阈值（Metadata GC Threshold），以及如何调整它们的参数。

元数据包含有关堆中对象的信息，包括它们的类定义、方法表和相关信息。根据Java的版本，JVM将这些数据存储在永久代（PermGen）或元空间（Metaspace）中。

JVM依赖这些信息来执行类加载、字节码验证和动态绑定等任务。

从Java 8开始，JVM用一个新的内存区域——元空间（Metaspace）取代了永久代（PermGen），用于存储元数据。

永久代（PermGen）是一个固定大小的内存区域，与主堆分开，用于存储JVM加载的类和方法的元数据。它有一个固定的最大量，一旦满了，JVM就会抛出OutOfMemoryError。

元空间的大小不固定，可以根据应用程序中的元数据量动态增长。元空间独立于主堆，存在于本地内存（进程内存）的一个段中。它的大小仅受宿主操作系统设置的限制。

在Java中，当我们创建具有元数据的对象时，它就像任何其他对象一样占用内存空间。JVM需要这些元数据来完成各种任务。与常规对象不同，元数据直到达到某个阈值才会进行垃圾收集。

随着Java程序执行过程中动态加载的类越来越多，元空间逐渐填满。

JVM维护着元空间内容大小的阈值，当特定的分配不适合这个阈值时，就会触发数据GC阈值垃圾收集周期。

我们可以使用JVM标志，如-XX:+PrintClassHistogram和-XX:+PrintMetaspaceStatistics，来收集使用大量元数据内存的类的相关信息，并打印有关元空间的统计信息，例如用于类元数据的空间量。

利用这些信息，我们可以优化代码，改善元空间的使用和垃圾收集周期。此外，我们还可以调整与元空间相关的JVM参数。

让我们来看看一些用于调整元数据和元空间的JVM参数。

此参数有助于设置为类元数据分配的初始空间量（初始高水位标记），以字节为单位，这可能会引发垃圾收集以卸载类。该数量是近似的，这意味着JVM可以决定增加或减少元空间的大小。

此参数的较大值确保垃圾收集发生的频率较低。该参数的默认值依赖于平台，范围从12MB到大约20MB。

例如，我们可以将其设置为128兆字节：

-XX:MetaspaceSize=128m

此参数设置元空间的最大大小，超过此大小将抛出OutOfMemory错误。此标志限制为类元数据分配的空间量，分配给此参数的值是一个近似值。

默认情况下，没有设置限制，这意味着元空间可以增长到可用的本地内存大小。

例如，让我们将其设置为100兆字节：

‑XX:MaxMetaSpaceSize=100m

此功能旨在通过压缩对象引用来减少64位Java应用程序的内存占用。当此参数设置为true时，JVM将使用类元数据的压缩指针，这允许JVM使用32位寻址而不是完整的64位指针。

这种优化在64位架构上特别有价值，因为它减少了类元数据的内存使用量，以及对象引用所需的内存，从而可能提高应用程序的整体性能。

压缩类指针将类空间分配与非类空间分配分开。因此，我们有两个全局元空间上下文：一个持有Klass结构的分配（压缩类空间），一个持有所有其他内容（非类元空间）。

需要注意的是，在JVM的最新版本中，当运行64位Java应用程序时，通常默认启用此标志，所以我们通常不需要显式设置此标志。

此JVM标志启用或禁用64位JVM中Java对象的压缩指针的使用。当参数设置为true时，JVM将使用压缩指针，这意味着对象引用将使用32位指针而不是完整的64位指针。

使用压缩指针，只能寻址较小的内存范围。这迫使JVM使用较小的指针并节省内存。

6. 结论

在本文中，我们探讨了元数据和元空间的概念。

我们探讨了触发元数据GC阈值的原因。我们还学习了元数据GC阈值以及可用于调整元空间和优化垃圾收集周期的不同JVM参数。