JVM异常现象解析

1、Java进程内存不回落

异常现象：针对 Java 应用进程进行压力测试时，在压测过程中进程的占用内存逐渐升高，但在压测结束后，进程占用内存仍然一直很高不回落，奇怪的是此时堆内存占用其实很低。即 Java应用一直占用高内存并且在空闲时也并未将内存归还给操作系统，这与通常的认知不同。

很多人的认知是：“Java程序在短时间内处理大量任务时会申请使用大量的内存空间，而等任务处理完毕（或者是请求的任务变少时），会有大量的内存被虚拟机回收回来，回收回来的内存由于短期内不再被使用，所以虚拟机会将内存归还给操作系统。”。但其实是错的，Java 在进行垃圾回收后，会将不再被使用的对象占用的内存回收，但这些内存如果短期内没有被接着使用，并不一定会归还给操作系统，具体会不会归还是受JVM版本（直接和GC版本有关）、JVM的参数配置影响的。

“JVM 的垃圾回收，只是一个逻辑上的回收，回收的只是 JVM 申请的那一块逻辑堆区域，将数据标记为空闲之类的操作，并不是调用 free 将内存归还给操作系统”

 

1.1、操作系统与JVM的内存分配

JVM 的自动内存管理，其实只是先向操作系统申请了一大块内存，然后自己在这块已申请的内存区域中进行“自动内存管理”。JAVA 中的对象在创建前，会先从申请的这一大块内存中划分出一部分来给这个对象使用，在 GC 时也只是这个对象所处的内存区域数据清空，标记为空闲而已。JVM 归还内存给操作系统的代价比较大，所以不会轻易进行，即 JVM 不会在每次 GC 后都进行内存的归还。

虽然代价高，但 JVM 还是提供了这个归还内存的功能。JVM 提供了-XX:MinHeapFreeRatio和-XX:MaxHeapFreeRatio 两个参数，用于配置这个归还策略。

• MinHeapFreeRatio：示例 -XX:MinHeapFreeRatio=20。表示空闲内存最少保留的比例值，当使用内存越来越大，空闲区域小于比值时，会进行扩容，直到达到最大堆内存 Xmx。如果是在收缩过程，剩余内存达到这个阈值后，就会停止收缩。
• MaxHeapFreeRatio：示例 -XX:MaxHeapFreeRatio=70。代表当空闲区域达到该值时，会进行“缩容”，缩容的下限为Xms

不过虽然有这个归还的功能，不过因为这个代价比较昂贵，所以 JVM 在归还的时候，是线性递增归还的，并不是一次全部归还。而且经过实测，这个归还内存的机制，在不同的垃圾回收器，甚至不同的 JDK 版本中还不一样！

 

一般为了避免 JVM 频繁的扩容缩容，我们会将 Xms 和 Xmx 配置为相等的大小，避免这个扩容的操作。

那是不是只要把 Xms 和 Xmx 配置成一样的大小，这个 JAVA 进程一启动就会占用这个大小的内存呢？并不是的，不会的，哪怕你 Xms6G，启动也只会占用实际写入的内存。这是因为进程在申请内存时，操作系统并不是直接分配物理内存给进程的，而是分配一块虚拟空间，到真正往这块虚拟空间写入数据时才会通过缺页异常（Page Fault）处理机制分配物理内存。可以简单地认为操作系统的内存分配是“惰性”的，分配并不会发生实际的占用，有数据写入时才会发生内存占用。所以哪怕配置了Xms6G，启动后也不会直接占用 6G 内存，实际占用的内存取决于你有没有往这 6G 内存区域中写数据的。

（猜测：当Xms和Xmx设置一样时，堆内存一开始不会占满，当占满时应该不会再锁绒，因为缩容的下限是 Xms）

 

正常来说，我们也不需要太关心 JVM 是否有归还了内存给操作系统，但是如果一台服务器内有运行着多个 Java 进程，如果都不归还内存的话就可能导致服务器内存不足，各个进程能使用的内存也不足，这种情况下可能就需要通过配置参数来让 JVM 能在内存空闲时自动归还内存。

 

参考：https://www.cnblogs.com/hd92/p/16934280.html、https://blog.csdn.net/ancoa/article/details/125354061