LoadRunner性能测试系统学习教程：堆与栈(9)
作者：互联网
上期我们讲到LoadRunner性能测JVM调优，这期我们讲LoadRunner性能测试堆与栈。
堆与栈
在上节介绍JVM内存模型时，发现JVM内存分为堆和栈两种，那么为什么需要将内存分为堆和栈两种呢？之所以分成两类是为了JVM在调用内存时更好的对内存进行管理。
在JAVA虚拟机中使用的数据又分为两类：一是基础数据；二是引用数据。基础数据是引用数据本身，引用数据是引用数据对象。基础数据通常包括：byte、short、int、long、charfloat、double、Boolean、returnAddres。引用类型包括：接口、类、数组。
栈是运行单位，所以的运行对象，都在是栈中。当程序运行时JVM会为每个线程一个栈大小。每个线程栈是不通用的，因为每个任务都有一个独立的线程来执行。堆是存储单位，所以有需要使用的数据都在堆中，堆是可以共享的。也就是堆是处理的数据的地方，栈是用来处理的逻辑的地方。之所以分堆与栈，这样的好处是可以将业务逻辑与数据进行分离，同时也可以提高数据的共享程度。
从软件设计的角度来看，栈代表了处理逻辑，而堆代表了数据，这样将数据与逻辑分离可以让处理逻辑更为清晰。这种隔离、模块化的思想在软件设计的方方面面都有体现。
堆与栈的分离，使得堆中的内容可以被多个栈共享，但栈不管理Java栈还是方法栈其线程都是私有的，是无法共享的，所以这样就可以让数据被多个线程共享进行操作。
这种共享有很多好处，一方面提供了一种有效的数据交互方式（如内存共享），另一方面，节省了内存空间。
栈因为运行时的需要进行地段的划分。由于栈只能向上增长，因此会限制住栈存储内容的能力。而堆不同，堆的大小可以根据需要动态增长。因此，堆与栈的分离，使得动态增长成为可能，相应栈中只需要记录堆中的一个地址即可。
PermGen与Metaspace区别
在java8之前JVM第三代都是持久代PermGen，在java8和之后的版本都是Metaspace元空间。
持久代PermGenspace的全称是PermanentGenerationspace是指内存的永久保存区域，那么为什么会出现内存溢出呢？
这是因为存放Class的信息在被加载时会放入到持久代PermGenspace区域，如果出现很多Class的话那么就会可能出现PermGenspace错误。
JVM类型也很多种，比如Oralce-SunHotspot、ralceJRockit、IBMJ9TaobaoJVM等等。当然用的最多的还是Hotspot。需要注意的是，PermGenspace是Oracle-SunHotspot才有，JRockit以及J9是没有这个区域。一般现在讨论的多的是Hotspot的JVM，所以通常会说持久代。
持久代中包含了虚拟机中所有通过反射获取到的数据，如类和方法对象，不同的Java虚拟机之间可能会进行类的共享操作，因此持久代又分为只读区和读写区。关于JVM运行时会使用到多少持久代的空间取决于应该程序用到了多少类。
除此之外，JavaSE库中的类和方法也都存储在这里。当JVM对类的操作完成后，发现不再需要使用这个类时，就会将这个类释放出来，释放的空间需要使用FullGC进行回收。 那么持久代是如何来设置呢？在JVM中可以通过MaxPermSize参数来设置，默认值为64M，Java堆中分配的区域尽量是连续的，如果非连续的堆空间，那要定位出持久代到新对象的引用是非常复杂的也是很耗时的。
在堆中有一种记忆集叫卡表，可以记录某个内存在普通对象指针的修改情况。当持久代都使用了后，系统就会抛出OutOfMemoryError的异常信息，当然解决的办法就是清理了不用的类或者增加MaxPermSize的值。
那么在现在的JVM中为何将原来的持久代取消了呢？因为原来的持久代有以下一些缺点： 1)以前的版本中PermGen会存储一些字符串，PermGen内存的大小是通过-xx:PermSize这个参数来设置的，但是由于字符串池的大小经常是变化的，导致设置-xx:PermSize这个参数变的困难这样很容易出现OOM提示的错误java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace。
2)以前将方法主要存储在PermGen，现在将方法都移动Metaspace，Metaspace不在JVM中而是在本地的内存。
3)减少经常使用FullGC的频率。 根据上面的各种原因，永久代最终被移除永久代移除后，原来永久代中的方法区移至Metaspace元空间中，字符串常量移至JavaHeap堆中。 Metaspace元空间由两大部分组成：KlassMetaspace和NoKlassMetaspace。 1)KlassMetaspace KlassMetaspace是用来存放klass的，就是class文件在JVM中运行时的数据结构，这部分内存空间默认放在CompressedClassPointerSpace中是一个连续的内存区域块，紧接着Heap堆在JVM中可以-XX:CompressedClassSpaceSize来控制这块内存大小默认值为1G。 CompressedClassPointerSpace不是必须存在的
如果设置了-XX:-UseCompressedClassPointers或者设置的-Xmx值大于32G，那么这块内存就不会存在这种情况下klass就会存在NoKlassMetaspace中。
2)NoKlassMetaspace NoKlassMetaspace专门来存klass相关的其它内容，如method、constantPool等，它可以是多个不连续的内存组成。这块内存是必须的，不能不存在，并且是在本地内存中进行分配。
KlassMetaspace和NoKlassMetaspace两个部分的内存空间是所有类加载器都可以共享的，当然这些加载器都需要分配内存，为了更好的管理这些类加载器，每个类加载器都有一个SpaceManger空间管理来管理这些类加载器如何分配内存大小。分配的内存都是来自于实内存，如果KlassMetaspace用完了，那么就会提醒OutOfMemoryError异常，但一般的情况下是不会出现这种情况的，NoKlassMetaspace是由一小块一小块内存累加起来的。
元空间和持久代在使用内存上是很类似的，都是对JVM规范中方法区的实现，但是他们分配内存是不同的，持久代内存是在虚拟机中，但是元空间是本地内存，所以正常情况下元空间的大小不受限制，如果说受限制那只是受本地内存限制，并且元空间一般是不可能会出现OutOfMemoryError异常的。设置元空间大小一般可以通过以下几个参数来实现：
1)-XX:MetaspaceSize -XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么就会提高该元空间的值。但不管怎么提高或增加元空间的值，都不能超过MaxMetaspaceSize所设置的值。
2)-XX:MaxMetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize表示元空间可以达到的最大值，默认是没有限制的，取决于机器的内存，限制类的元数据使用的内存大小，以免出现虚拟内存切换以及本地内存分配失败。如果怀疑有类加载器出现泄露，应当设置这个参数；元空间的初始大小是21M，这是GC的初始的高水位线，超过这个大小会进行FullGC来进行类的回收。如果启动后GC过于频繁，请将该值设置得大一些，可以设置成和持久代一样的大小，这个GC可以不用那么频繁的执行。 3)-XX:MinMetaspaceFreeRatio -XX:MinMetaspaceFreeRatio表示GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，目的是控制减少为分配空间所导致的垃圾收集。MinMetaspaceFreeRatio和下面的MaxMetaspaceFreeRatio，主要是影响触发metaspaceGC的阈值。默认值为40，表示每次GC完之后如果metaspace内存的空闲比例小于MinMetaspaceFreeRatio%那么将尝试做扩容。增大触发metaspaceGC的阈值。不过这个增量至少是MinMetaspaceExpansion才会做，不然不会增加这个阈值。这个参数主要是为了避免触发metaspaceGC的阈值和GC之后committed的内存的量比较接近，于是将这个阈值进行扩大。
注：这里不用GC之后used的量来算主要是担心可能出现committed的量超过了触发metaspaceGC的阈值，这种情况一旦发生会很危险，会不断做GC。
4)-XX:MaxMetaspaceFreeRatio -XX:MaxMetaspaceFreeRatio表示GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，目的是控制减少为释放空间所导致的垃圾收集。默认值为70，这个参数和上面的参数基本是相反的，是为了避免触发metaspaceGC的阈值过大，而想对这个值进行缩小。这个参数在GC之后committed的内存比较小的时候并且离触发metaspaceGC的阈值比较远的时候才进行调整。
5)-verbose -verbose通过这个参数可以获取类型加载和卸载的信息。 那么元空间这些内存是怎么来管理和分配或者说回收的呢？元空间的内存管理是由元空间虚拟机来管理，通常说的一个元空间是指一个类加载器的存储区域，当然所有元空间合在一起就称之为元空间，以前对于类的元数据需要不同的垃圾回收器来进行处理，但现在只需要执行虚拟机的C++代码即可以完成，并且类和其元数据的生命周期与类加载器是相同的，如果类加载器还是存活的话，那么类的元数据也是存活的，这个时候是不会被回收。当一个类加载器被垃圾回收器标记为不再存活时，其对应的元空间就会被回收。
元空间虚拟机负责元空间的分配，其采用的形式为组块分配，组块的大小因类加载器的类型而异，在元空间虚拟机中存在一个全局的空闲组块列表，当一个类加载器需要一个组块时，它就会从这个全局的组块列表中获取，并不断的维持一个属于自己的组块列表，当类加载器不再存活时，这个组块也就会被释放，并返回给全局组块列表，类加载器拥有的组块会被分成很多个块，每个块存储一个单元的元信息，组块中的每个块是线性分配的，组块分配自内存映射区域。这些全局的虚拟内存映射区域以链表形式连接，一旦某个虚拟内存映射区域清空，这部分内存就会返回给操作系统。
如果需求监控Metaspace元空间的信息，可以使用JDK自带的一些工具来展示Metaspace的详细信息：
- 针对Metaspace，JDK自带的一些工具做了修改来展示Metaspace的信息：
- jmap-clstats:打印类加载器的统计信息(取代了在JDK8之前打印类加载器信息的permstat)。
- jstat-gc:Metaspace的信息会被打印出来。
- jcmdGC.class_stats:这是一个新的诊断命令，可以使用户连接到存活的JVM，转储Java类元数据的详细统计。
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