| May 24, 2022
Каждое Java приложение, после запуска, создаёт десятки, сотни, тысячи объектов в памяти компьютера на котором оно запущено. Память, при этом, ресурс не бесконечный, и поэтому необходимо использовать его эффективно. Виртуальная Машина Java (Java Virtual Machine, далее JVM) умеет грамотно распоряжаться памятью и помогает нам, разработчикам, управляя ею автоматически.
О том, как именно JVM работает с памятью во время работы Java приложения мы поговорим в этой статье.
Зачем вообще разработчику знать о памяти Java процесса?
Java - это язык программирования с автоматическим управлением памятью.
Очень хороший вопрос. Действительно, Java - язык с автоматическим управлением памятью. Разработчику вообще можно ничего не знать о том, как JVM работает с ней. Но - можно ли с уверенностью сказать, что разработчик не влияет на работу его приложения с памятью? Нет, конечно же - нет.
Хотя JVM и выделяет память под созданные разработчиком объекты, прибирает ресурсы после их использования, далеко не так редко, как хотелось бы, возникают проблемы с утечкой памяти или её нехваткой. Проблемы такого рода не могут быть обработаны средствами JVM и требуют вмешательства человека.
Память Java процесса
Память, выделяемая Java процессу, представляет из себя набор из двух областей:
- PermGen (до Java 8) / Metaspace (заменил PermGen, начиная с Java 8)
- Heap или Куча
Каждая из областей имеет собственное предназначение.
Metaspace
Metaspace - это область памяти в которой хранится статическая инфорация Java приложения, такая как метаданные загруженных классов. По умолчанию, metaspace увеличивается автоматически и не имеет явного ограничения. Без установленного ограничения размер metaspace неявно ограничен объёмом системной памяти хоста.
Управление Metaspace
Управлять metaspace областью можно с помощью следующих флагов JVM:
-XX:MetaspaceSize- минимальный объём памяти для области-XX:MaxMetaspaceSize- максимальный объём памяти для области-XX:MinMetaspaceFreeRatio- минимально зарезервированный размер памяти после очистки GC (в процентах)-XX:MaxMetaspaceFreeRatio- максимально зарезервированный размер памяти после очистки GC (в процентах)
Heap
Heap - это область памяти в которой хранятся инстансы объектов. Каждый раз, когда разработчик создаёт инстанс какого-либо класса с помощью операции new (пример: new Object()), память под объект выделяется именно в heap’е.
Строковый пул, так же, начиная с Java 7 располагается в heap’е.
Heap, в свою очередь, содержит несколько подобластей, каждая из которых выполняет свою определённую роль. Поговорим о них подробнее. Следующие подобласти относятся к heap’у:
- Eden
- Survival (S0 & S1)
- Old Gen
Eden
Это сегмент heap области в который свежесозданные объекты попадают в первую очередь. Каждый раз, когда в Java приложении выполняется инструкция new, память, выделяемая под новый инстанс, выделяется именно в Eden сегменте.
Для этого правила есть исключения - если размер памяти, необходимый для хранения инстанса достаточно большой, то JVM может выделить память под него сразу в Old Gen сегменте.
Надолго свежесозданные объекты в Eden сегменте не задержатся. После первого же запуска процесса сборки мусора, они либо будут удалены из памяти, либо будут перенесены в Survival сегменты heap’а.
S0 и S1 - Survival
Survival сегмент области heap’а используется JVM для хранения объектов, которые пережили один и более проходов сборщика мусора.
Survival сегмент представлен в JVM двумя сегментами - S0 и S1. Они служат неким “перевалочным пунктом” для объектов на пути к Old Gen сегменту. В S0 и S1 сегментах объекты могут провести какое-то время до тех пор, пока они не будут удалены из памяти или переведены в Old Gen сегмент.
Если быть точным, то в JVM есть настройка, позволяющая указать количество запусков сборки мусора, которое объект должен пережить, для того, чтобы попасть в Old Gen сегмент. По умолчанию, это количество равно 15.
Почему Survival область представлена двумя сегментами S0 и S1? Всё дело в том, что для ускорения очистки памяти и исправления её фрагментации, в ходе процесса сборки мусора два этих сегмента дефрагминтируются и меняются местами.
Old Gen
Old Gen сегмент heap’а используется для хранения объектов, которые пережили установленное количество запусков сборки мусора.
Полная схема памяти Java процесса выглядит следующим образом:
Управление Heap
Управлять heap областью можно с помощью следующих флагов JVM:
-Xms- минимальный объём памяти всей области-Xmx- максимальный объём памяти всей области-XX:NewSize- минимальный объём памяти Eden сегмента-XX:MaxNewSize- максималный объём памяти Eden сегмента-XX:SurvivorRatio- соотношение между объёмами памяти Eden и Survival сегментов
Зачем использовать разные области и сегменты памяти? Потому что это позволяет организовать процесс сборки мусора наиболее оптимальным образом для каждого из сегментов, с учётом специфики каждого.
Где это может пригодиться?
Прежде всего грамотный разработчик знает особенности платформы с которой он работает. Поэтому знание того, как Java приложение работает с памятью позволяет не только козырять на собеседованиях, но и даёт возможность взглянуть на работу Вашего приложения с нового ракурса.
Если Вы заметили, что Вашего приложение неотзывчиво в некоторых сценариях или в целом, то первое на что стоит обратить внимание, так это на то, как Ваше приложение распоряжается отведённой ему памятью. Сделать это можно, например, с помощью VisualVM - бесплатной утилиты для мониторинга JVM приложений.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели как выглядит память Java процесса, какие стадии проходит Java объект за время своей жизни. Так же мы узнали о флагах, которые позволяют контролировать работу JVM с памятью.
Работа JVM с памятью непосредственно связана с такой сложной темой как сборка мусора. И сегодня Вы сделали первый шаг на пути к пониманию потаённой стороны Java.
Список материалов
Дополнительные источники информации о коммуникациях, могут быть найдены в следующих источниках:
- “Презентация Troubleshooting Memory Issues in Java Applications” - краткое пояснение имеющихся областей памяти JVM.
- “Гайд по флагам JVM” - список полезных флагов JVM с пояснением.
- “HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide” - официальный документ от Oracle о настройке сборщиков мусора. В нём можно найти описания областей памяти и их сегментов.