2455. Java Advanced — JVM Parameters JVM Parameters
Most well-known options for JVM configuration.
1. Memory
1.1 Explicit Heap Memory – Xms and Xmx Options
- unit can be marked as g for GB, m for MB and k for KB.
Example: Assign minimum 2 GB and maximum 5 GB to JVM.
1.2 Handling Out of Memory
Dump heap memory into a physical file for analyzing the memory leak.
- HeapDumpOnOutOfMemoryError instructs the JVM to dump heap into physical file in case of OutOfMemoryError
- HeapDumpPath denotes the path where the file is to be written; any filename can be given; however, if JVM finds a
tag in the name, the process id of the current process causing the out of memory error will be appended to the file name with .hprof format
2. Garbage Collection
2.1 Garbage Collection Algorithm
Choosing a right Garbage Collection algorithm is critical for better stability of the application. JVM has four types of GC implementations:
- Serial Garbage Collector
- Parallel Garbage Collector
- CMS Garbage Collector
- G1 Garbage Collector
These implementations can be declared with the below parameters:
2.2 GC Logging
Monitor the JVM’s Garbage Collection performance by logging the GC activity.
- UseGCLogFileRotation specifies the log file rolling policy, much like log4j, s4lj, etc.
- NumberOfGCLogFiles denotes the max number of log files that can be written for a single application life cycle.
- GCLogFileSize specifies the max size of the file.
- loggc denotes its location.
Example: Assign a maximum of 100 GC log files, each having a maximum size of 50 MB and want to store them in ‘/home/user/log/’ location.
How to control Java heap size (memory) allocation (xmx, xms)
Java memory FAQ: How do I control the amount of memory my Java program uses (i.e., Java RAM usage)?
The short answer
The short answer is that you use these Java command-line parameters to help control the RAM use of application:
- Use -Xmx to specify the maximum heap size
- Use -Xms to specify the initial Java heap size
- Use -Xss to set the Java thread stack size
See the rest of this article for more details. Also see my Java heap and stack definitions if you’re not comfortable with those terms.
The longer answer
As a bit of background, I’m running a Java application on a Raspberry Pi device where memory is limited. Unfortunately, every time I try to run the program I get this Java heap size error message:
“Error occurred during initialization of VM. Could not reserve enough space for object heap. Could not create the Java virtual machine.”
I knew my program doesn’t need a lot of memory — it was just hitting a database and generating some files and reports — so I got around this memory limit problem by specifying the maximum Java heap size my program was allowed to allocate. In my case I didn’t think about it too hard and just chose a heap size limit of 64 MB RAM, and after I set this RAM limit my program ran fine.
Setting the maximum Java heap size (Xmx)
You set the maximum Java heap size of your program using the -Xmx option to the Java interpreter. To specifically limit your heap size to 64 MB the option should be specified like this:
Using that memory limit setting, the Java command I use in my shell script to start my Java program looks like this:
where THE_CLASSPATH and PROGRAM_NAME are variables set earlier in my script. (The important part here is the -Xmx64m portion of the command.)
More Java memory-related command line arguments
You can find more options for controlling Java application memory use by looking at the output of the java -X command. Here’s what the output of those commands looks like from my JVM:
From that list, the command-line arguments specifically related to Java application memory use are:
Java heap size descriptions (xms, xmx, xmn)
Digging around, I just found this additional Java xms , xmx , and xmn information on Apple’s web site:
Java memory arguments (xms, xmx, xmn) formatting
When setting the Java heap size, you should specify your memory argument using one of the letters “m” or “M” for MB, or “g” or “G” for GB. Your setting won’t work if you specify “MB” or “GB.” Valid arguments look like this:
Also, make sure you just use whole numbers when specifying your arguments. Using -Xmx512m is a valid option, but -Xmx0.5g will cause an error.
About Us
Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam erat, sed diam.
Xms and Xmx Java
This write-up will illustrate the usage of the “Xms” and “Xmx” parameters in Java.
What are “Xms” and “Xmx” in Java?
“Xms” and “Xmx” in Java refer to the parameters that are utilized to adjust the heap size. It works in such a way that the former parameter allocates the minimum heap size and the latter parameter assigns the maximum heap size.
-Xms
It is utilized to set the initial heap size. Allocating the minimum heap size identical to the maximum heap size is advised to refrain from garbage collection.
-Xmx
It is used to assign the maximal heap size. The performance is affected if the maximum heap value is allocated lower compared to the amount of live data.
Syntax
| Syntax | Usage | Default |
| -Xms<size> | Allocates the minimum heap size. | 8 MB |
| -Xmx<size> | Allocates the maximal heap size. | 25% of available/free memory |
Important Considerations
The following points should be considered before working with the discussed parameters:
- If “-Xms” is allocated greater than “-Xmx”, the VM fails and will log the following message “-Xms too large for -Xmx”.
- In the other case, if the limit set by the “-Xmx” parameter is exceeded, the VM gives an “OutofMemory” limitation.
Examples
The following examples cover all the possible outcomes of the discussed parameters:
The given command indicates that the heap starts from “4” MB till the maximum of “64” MB.
The above size signifies that the heap starts from “50” MB till the default maximum.
Likewise, here the heap initiates from the default initial value till a maximum of “256” MB.
The above sizes state that the heap initiates at “50” MB and remains intact, thereby never growing.
Conclusion
The “-Xms” and “-Xmx” parameters in Java assign the minimum and the maximum heap sizes, respectively and the heap can never grow larger than “-Xmx”. Also, these parameters are recognized by the Java virtual machine (JVM). This blog discussed the functionalities of the “-Xms” and “-Xmx” parameters in Java.
About the author
Umar Hassan
I am a Front-End Web Developer. Being a technical author, I try to learn new things and adapt with them every day. I am passionate to write about evolving software tools and technologies and make it understandable for the end-user.
Управление памятью Java
Это глубокое погружение в управление памятью Java позволит расширить ваши знания о том, как работает куча, ссылочные типы и сборка мусора.
Вероятно, вы могли подумать, что если вы программируете на Java, то вам незачем знать о том, как работает память. В Java есть автоматическое управление памятью, красивый и тихий сборщик мусора, который работает в фоновом режиме для очистки неиспользуемых объектов и освобождения некоторой памяти.
Поэтому вам, как программисту на Java, не нужно беспокоиться о таких проблемах, как уничтожение объектов, поскольку они больше не используются. Однако, даже если в Java этот процесс выполняется автоматически, он ничего не гарантирует. Не зная, как устроен сборщик мусора и память Java, вы можете создать объекты, которые не подходят для сбора мусора, даже если вы их больше не используете.
Поэтому важно знать, как на самом деле работает память в Java, поскольку это дает вам преимущество в написании высокопроизводительных и оптимизированных приложений, которые никогда не будут аварийно завершены с ошибкой OutOfMemoryError . С другой стороны, когда вы окажетесь в плохой ситуации, вы сможете быстро найти утечку памяти.
Для начала давайте посмотрим, как обычно организована память в Java:
Обычно память делится на две большие части: стек и куча. Имейте в виду, что размер типов памяти на этом рисунке не пропорционален реальному размеру памяти. Куча — это огромный объем памяти по сравнению со стеком.
Стек (Stack)
Стековая память отвечает за хранение ссылок на объекты кучи и за хранение типов значений (также известных в Java как примитивные типы), которые содержат само значение, а не ссылку на объект из кучи.
Кроме того, переменные в стеке имеют определенную видимость, также называемую областью видимости. Используются только объекты из активной области. Например, предполагая, что у нас нет никаких глобальных переменных (полей) области видимости, а только локальные переменные, если компилятор выполняет тело метода, он может получить доступ только к объектам из стека, которые находятся внутри тела метода. Он не может получить доступ к другим локальным переменным, так как они не входят в область видимости. Когда метод завершается и возвращается, верхняя часть стека выталкивается, и активная область видимости изменяется.
Возможно, вы заметили, что на картинке выше отображено несколько стеков памяти. Это связано с тем, что стековая память в Java выделяется для каждого потока. Следовательно, каждый раз, когда поток создается и запускается, он имеет свою собственную стековую память и не может получить доступ к стековой памяти другого потока.
Куча (Heap)
Эта часть памяти хранит в памяти фактические объекты, на которые ссылаются переменные из стека. Например, давайте проанализируем, что происходит в следующей строке кода:
Ключевое слово new несет ответственность за обеспечение того, достаточно ли свободного места на куче, создавая объект типа StringBuilder в памяти и обращаясь к нему через «builder» ссылки, которая попадает в стек.
Для каждого запущенного процесса JVM существует только одна область памяти в куче. Следовательно, это общая часть памяти независимо от того, сколько потоков выполняется. На самом деле структура кучи немного отличается от того, что показано на картинке выше. Сама куча разделена на несколько частей, что облегчает процесс сборки мусора.
Максимальные размеры стека и кучи не определены заранее — это зависит от работающей JVM машины. Позже в этой статье мы рассмотрим некоторые конфигурации JVM, которые позволят нам явно указать их размер для запускаемого приложения.
Типы ссылок
Если вы внимательно посмотрите на изображение структуры памяти, вы, вероятно, заметите, что стрелки, представляющие ссылки на объекты из кучи, на самом деле относятся к разным типам. Это потому, что в языке программирования Java используются разные типы ссылок: сильные, слабые, мягкие и фантомные ссылки. Разница между типами ссылок заключается в том, что объекты в куче, на которые они ссылаются, имеют право на сборку мусора по различным критериям. Рассмотрим подробнее каждую из них.
1. Сильная ссылка
Это самые популярные ссылочные типы, к которым мы все привыкли. В приведенном выше примере со StringBuilder мы фактически храним сильную ссылку на объект из кучи. Объект в куче не удаляется сборщиком мусора, пока на него указывает сильная ссылка или если он явно доступен через цепочку сильных ссылок.
2. Слабая ссылка
Попросту говоря, слабая ссылка на объект из кучи, скорее всего, не сохранится после следующего процесса сборки мусора. Слабая ссылка создается следующим образом:
Хорошим вариантом использования слабых ссылок являются сценарии кеширования. Представьте, что вы извлекаете некоторые данные и хотите, чтобы они также были сохранены в памяти — те же данные могут быть запрошены снова. С другой стороны, вы не уверены, когда и будут ли эти данные запрашиваться снова. Таким образом, вы можете сохранить слабую ссылку на него, и в случае запуска сборщика мусора, возможно, он уничтожит ваш объект в куче. Следовательно, через некоторое время, если вы захотите получить объект, на который вы ссылаетесь, вы можете внезапно получить null значение. Хорошей реализацией сценариев кеширования является коллекция WeakHashMap <K, V>. Если мы откроем WeakHashMap класс в Java API, мы увидим, что его записи фактически расширяют WeakReference класс и используют его поле ref в качестве ключа отображения ( Map) :
После сбора мусора ключа из WeakHashMap вся запись удаляется из карты.
3. Мягкая ссылка
Эти типы ссылок используются для более чувствительных к памяти сценариев, поскольку они будут собираться сборщиком мусора только тогда, когда вашему приложению не хватает памяти. Следовательно, пока нет критической необходимости в освобождении некоторого места, сборщик мусора не будет касаться легко доступных объектов. Java гарантирует, что все объекты, на которые имеются мягкие ссылки, будут очищены до того, как будет выдано исключение OutOfMemoryError . В документации Javadocs говорится, что «все мягкие ссылки на мягко достижимые объекты гарантированно очищены до того, как виртуальная машина выдаст OutOfMemoryError».
Подобно слабым ссылкам, мягкая ссылка создается следующим образом:
4. Фантомная ссылка
Используется для планирования посмертных действий по очистке, поскольку мы точно знаем, что объекты больше не живы. Используется только с очередью ссылок, поскольку .get() метод таких ссылок всегда будет возвращаться null . Эти типы ссылок считаются предпочтительными для финализаторов.
Ссылки на String
Ссылки на тип String в Java обрабатываются немного по- другому. Строки неизменяемы, что означает, что каждый раз, когда вы делаете что-то со строкой, в куче фактически создается другой объект. Для строк Java управляет пулом строк в памяти. Это означает, что Java сохраняет и повторно использует строки, когда это возможно. В основном это верно для строковых литералов. Например:
При запуске этот код распечатывает следующее:
Strings are equal
Следовательно, оказывается, что две ссылки типа String на одинаковые строковые литералы фактически указывают на одни и те же объекты в куче. Однако это не действует для вычисляемых строк. Предположим, что у нас есть следующее изменение в строке // 1 приведенного выше кода.
Strings are different
В этом случае мы фактически видим, что у нас есть два разных объекта в куче. Если учесть, что вычисляемая строка будет использоваться довольно часто, мы можем заставить JVM добавить ее в пул строк, добавив .intern() метод в конец вычисляемой строки:
При добавлении вышеуказанного изменения создается следующий результат:
Процесс сборки мусора
Как обсуждалось ранее, в зависимости от типа ссылки, которую переменная из стека содержит на объект из кучи, в определенный момент времени этот объект становится подходящим для сборщика мусора.
Например, все объекты, отмеченные красным цветом, могут быть собраны сборщиком мусора. Вы можете заметить, что в куче есть объект, который имеет строгие ссылки на другие объекты, которые также находятся в куче (например, это может быть список, который имеет ссылки на его элементы, или объект, имеющий два поля типа, на которые есть ссылки). Однако, поскольку ссылка из стека потеряна, к ней больше нельзя получить доступ, так что это тоже мусор.
Чтобы углубиться в детали, давайте сначала упомянем несколько вещей:
Этот процесс запускается автоматически Java, и Java решает, запускать или нет этот процесс.
На самом деле это дорогостоящий процесс. При запуске сборщика мусора все потоки в вашем приложении приостанавливаются (в зависимости от типа GC, который будет обсуждаться позже).
На самом деле это более сложный процесс, чем просто сбор мусора и освобождение памяти.
Несмотря на то, что Java решает, когда запускать сборщик мусора, вы можете явно вызвать System.gc() и ожидать, что сборщик мусора будет запускаться при выполнении этой строки кода, верно?
Это ошибочное предположение.
Вы только как бы просите Java запустить сборщик мусора, но, опять же, Java решать, делать это или нет. В любом случае явно вызывать System.gc() не рекомендуется.
Поскольку это довольно сложный процесс и может повлиять на вашу производительность, он реализован разумно. Для этого используется так называемый процесс «Mark and Sweep». Java анализирует переменные из стека и «отмечает» все объекты, которые необходимо поддерживать в рабочем состоянии. Затем все неиспользуемые объекты очищаются.
Так что на самом деле Java не собирает мусор. Фактически, чем больше мусора и чем меньше объектов помечены как живые, тем быстрее идет процесс. Чтобы сделать это еще более оптимизированным, память кучи на самом деле состоит из нескольких частей. Мы можем визуализировать использование памяти и другие полезные вещи с помощью JVisualVM, инструмента, поставляемого с Java JDK. Единственное, что вам нужно сделать, это установить плагин с именем Visual GC, который позволяет увидеть, как на самом деле структурирована память. Давайте немного увеличим масштаб и разберем общую картину:
Когда объект создается, он размещается в пространстве Eden (1). Поскольку пространство Eden не такое уж большое, оно заполняется довольно быстро. Сборщик мусора работает в пространстве Eden и помечает объекты как живые.
Если объект выживает в процессе сборки мусора, он перемещается в так называемое пространство выжившего S0(2). Во второй раз, когда сборщик мусора запускается в пространстве Eden, он перемещает все уцелевшие объекты в пространство S1(3). Кроме того, все, что в настоящее время находится на S0(2), перемещается в пространство S1(3).
Если объект выживает в течение X раундов сборки мусора (X зависит от реализации JVM, в моем случае это 8), скорее всего, он выживет вечно и перемещается в пространство Old(4).
Принимая все сказанное выше, если вы посмотрите на график сборщика мусора (6), каждый раз, когда он запускается, вы можете увидеть, что объекты переключаются на пространство выживших и что пространство Эдема увеличивалось. И так далее. Старое поколение также может быть обработано сборщиком мусора, но, поскольку это большая часть памяти по сравнению с пространством Eden, это происходит не так часто. Метапространство (5) используется для хранения метаданных о ваших загруженных классах в JVM.
Представленное изображение на самом деле является приложением Java 8. До Java 8 структура памяти была немного другой. Метапространство на самом деле называется PermGen область. Например, в Java 6 это пространство также хранит память для пула строк. Поэтому, если в вашем приложении Java 6 слишком много строк, оно может аварийно завершить работу.
Типы сборщиков мусора
Фактически, JVM имеет три типа сборщиков мусора, и программист может выбрать, какой из них следует использовать. По умолчанию Java выбирает используемый тип сборщика мусора в зависимости от базового оборудования.
1. Serial GC (Последовательный сборщик мусора) — однониточный коллектор. В основном относится к небольшим приложениям с небольшим использованием данных. Можно включить, указав параметр командной строки: -XX:+UseSerialGC.
2. Parallel GC (Параллельный сборщик мусора) — даже по названию, разница между последовательным и параллельным будет заключаться в том, что параллельный сборщик мусора использует несколько потоков для выполнения процесса сбора мусора. Этот тип GC также известен как сборщик производительности. Его можно включить, явно указав параметр: -XX:+UseParallelGC.
3. Mostly concurrent GC (В основном параллельный сборщик мусора). Если вы помните, ранее в этой статье упоминалось, что процесс сбора мусора на самом деле довольно дорогостоящий, и когда он выполняется, все потоки приостанавливаются. Однако у нас есть в основном параллельный тип GC, который утверждает, что он работает одновременно с приложением. Однако есть причина, по которой он «в основном» параллелен. Он не работает на 100% одновременно с приложением. Есть период времени, на который цепочки приостанавливаются. Тем не менее, пауза делается как можно короче для достижения наилучшей производительности сборщика мусора. На самом деле существует 2 типа в основном параллельных сборщиков мусора:
3.1 Garbage First — высокая производительность с разумным временем паузы приложения. Включено с опцией: -XX:+UseG1GC.
3.2 Concurrent Mark Sweep (Параллельное сканирование отметок) — время паузы приложения сведено к минимуму. Он может быть использован с помощью опции: -XX:+UseConcMarkSweepGC . Начиная с JDK 9, этот тип GC объявлен устаревшим.
Примечание переводчика. Информация про сборщики мусора для различных версий Java приведена в переводе:
Систематизированный список всех функций Java и JVM в Java 8-15
Советы и приемы
Чтобы минимизировать объем памяти, максимально ограничьте область видимости переменных. Помните, что каждый раз, когда выскакивает верхняя область видимости из стека, ссылки из этой области теряются, и это может сделать объекты пригодными для сбора мусора.
Явно устанавливайте в null устаревшие ссылки. Это сделает объекты, на которые ссылаются, подходящими для сбора мусора.
Избегайте финализаторов (finalizer). Они замедляют процесс и ничего не гарантируют. Фантомные ссылки предпочтительны для работы по очистке памяти.
Не используйте сильные ссылки там, где можно применить слабые или мягкие ссылки. Наиболее распространенные ошибки памяти — это сценарии кэширования, когда данные хранятся в памяти, даже если они могут не понадобиться.
JVisualVM также имеет функцию создания дампа кучи в определенный момент, чтобы вы могли анализировать для каждого класса, сколько памяти он занимает.
Настройте JVM в соответствии с требованиями вашего приложения. Явно укажите размер кучи для JVM при запуске приложения. Процесс выделения памяти также является дорогостоящим, поэтому выделите разумный начальный и максимальный объем памяти для кучи. Если вы знаете его, то не имеет смысла начинать с небольшого начального размера кучи с самого начала, JVM расширит это пространство памяти. Указание параметров памяти выполняется с помощью следующих параметров:
Начальный размер кучи -Xms512m — установите начальный размер кучи на 512 мегабайт.
Максимальный размер кучи -Xmx1024m — установите максимальный размер кучи 1024 мегабайта.
Размер стека потоков -Xss1m — установите размер стека потоков равным 1 мегабайту.
Размер поколения -Xmn256m — установите размер поколения 256 мегабайт.
Если приложение Java выдает ошибку OutOfMemoryError и вам нужна дополнительная информация для обнаружения утечки, запустите процесс с –XX:HeapDumpOnOutOfMemory параметром, который создаст файл дампа кучи, когда эта ошибка произойдет в следующий раз.
Используйте опцию -verbose:gc , чтобы получить вывод процесса сборки мусора. Каждый раз, когда происходит сборка мусора, будет генерироваться вывод.
Заключение
Знание того, как организована память, дает вам преимущество в написании хорошего и оптимизированного кода с точки зрения ресурсов памяти. Преимущество заключается в том, что вы можете настроить свою работающую JVM, предоставив различные конфигурации, наиболее подходящие для запуска вашего приложения. Выявление и устранение утечек памяти — это очень просто, если использовать правильные инструменты.