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深入JVM元空间以及弹性伸缩机制 | iwts’s blog
JVM内存模型中元空间所在位置
即在JVM运行时的内存模型。总体上有这样的图：
元空间
上面的图其实有点不太准。方法区本质上只是JVM的一个标准，不同JVM在不同版本下都可能有不同的实现，例如JDK1.7之前的永久代之类的。
这里主要聊JDK1.8下HotSpot的实现：元空间。
元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过参数来指定元空间的大小：
-
-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发GC进行类型卸载，同时JVM会对该值进行调整。a> 如果释放了大量的空间，就适当降低该值。
b> 如果释放了很少的空间，那么在不超过
MaxMetaspaceSize的前提下，适当提高该值。 -
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间大小，默认是没有限制的。
元空间也有溢出，超过了最大空间则会OOM，但是会明显提示：
Metaspace OutOfMemoryError
但是相比而言，因为用的本地内存，所以总归还是大很多的，只要最大空间设的足够大，OOM几率要比1.7之前的永久代低很多。
元空间是放在堆外内存，所有JVM线程间共享，它存储每一个类的结构。其中包括：
- 运行时常量池。
- 字段和方法数据。
- 方法和构造函数的代码。
- 还有特殊的方法用于类和实例的初始化，以及接口的初始化。
- JIT代码缓存。
元空间两大组成
Metaspace由两大部分组成：
- Klass Metaspace。
- NoKlass Metaspace。
klass其实就是class的意思，区分一下概念。
Klass Metaspace
Klass本质上是class文件在JVM里的运行时数据结构，但是Class的实例对象是存在堆里的，两者没有关系。
而Klass存储在压缩类空间中。
压缩类空间 Compressed Class Pointer Space
压缩类空间（Compressed Class Pointer Space），是一块连续的内存区域，紧接着堆。通过-XX:CompressedClassSpaceSize来控制这块内存的大小，默认是1G。
NoKlass Metaspace
就是相反，只要不是压缩类空间，但是在元空间中的，就都是NoKlass Metaspace。
专门来存class相关的其他的内容，比如方法数据，运行时常量池等，可以由多块不连续的内存组成。
但是也可以存class，如果压缩类空间不存在，那么class就存在这里。
运行时常量池
类或接口的字节码文件里的常量池的运行时表示形式，它包含几种常量。例如：
- 编译时就已经知道的数字字面量值。
- 必须在运行时解析的方法和字段的引用。
运行时常量池的功能类似于传统语言的符号表，不过它包含的数据会更加宽泛。
运行时常量池是在类加载完成之后，将每个class常量池中的符号引用值转存到运行时常量池中，也就是说，每个class类都有一个运行时常量池，而被该类全部的实例对象共用。类在解析之后，将符号引用替换成直接引用，与全局常量池中的引用值保持一致。
例如static变量、方法，都是在运行时常量池中。
运行时常量池分配在JVM的NoKlass Metaspace，类或接口的运行时常量池在类或接口被JVM创建时才会构建。
元空间内存管理
在元空间中，类和其元数据的生命周期与其对应的类加载器相同，只要类的类加载器是存活的，在Metaspace中的类元数据也是存活的，不能被回收。
每个加载器有单独的存储空间，通过 ClassLoaderMetaspace来进行管理 SpaceManager* 的指针，相互隔离的。
所以GC本身是不处理元空间的，因为只要类加载器没有问题，里面的数据必然在其生命周期内，就算GC也不能认为是垃圾。
但是可以执行卸载，直接卸载类加载器。如果某个类加载器不再存活，那么会卸载整个类加载器下的元空间数据。
Metaspace VM利用块分配器（Chunking Allocator）来管理元空间的内存分配。块的大小依赖于类加载器的类型。
Metaspace VM中有一个全局的可使用的块列表（A Global Free List of Chunks）。当类加载器需要一个块的时候，类加载器从全局块列表中取出一个块，添加到它自己维护的块列表中。当类加载器死亡，它的块将会被释放，归还给全局的块列表。
元空间弹性伸缩
由于元空间和堆并不在一起，所以这块的空间可以不用设置或者单独设置。但是一般情况下，为了避免元空间耗尽 JVM 的内存，所以都会设置 MaxMetaSpaceSize，即最大元空间大小。
在运行过程中，如果实际大小小于这个值，JVM 就会通过 -XX:MinMetaspaceFreeRatio和-XX:MaxMetaspaceFreeRatio两个参数动态控制整个 MetaSpace 的大小。
这个动态控制的过程就是弹性伸缩。
但是弹性伸缩执行的时候性能很差，为了避免弹性伸缩带来的额外 GC 消耗，一般情况下是保证元空间大小不变，也就是将-XX:MetaSpaceSize和-XX:MaxMetaSpaceSize两个值设置为固定。
但是这样也会导致在空间不够的时候无法扩容，然后频繁地触发 GC，最终 OOM。
