啥？64KB？JVM老年代大小之谜

其实问题很简单，知识捡起来再看看~

每天凌晨我们会对集群中资源使用率较低的Pod进行配额调整，此时导致Pod重启，由于在凌晨没有多少业务流量，滚动更新对业务的影响也比较小。

但是， 这一天， 业务反馈出问题了。

问题现象

业务同学反馈，某个服务的部分容器异常，一直在重启，看了一下重启容器中JVM监控，发现一直在进行FullGC。

于是也同步分析了一下GC信息，就看到了下面的结果。

看完就愣住了，老年代64KB是什么鬼。

问题分析

看到这里，首先想到的是看看启动时是不是配置的JVM参数不对。

启动时配置了xms和xmx，都是1GB。

但是结合前面的图就好像不对劲，GC日志分析的结果显示年轻代和老年大大小都对不上，于是实际登上容器jmap了一把。

那么问题来了，xmx配置了1GB，老年代+年轻代的大小总和也确实是1GB，但是两者的大小比例并不是我们熟知的2:1（NewRatio），也就意味着肯定还有地方配置了年轻代或老年代大小相关的参数。

于是顺手看一下进程启动的完整命令，就找到了问题点。

看上去在启动命令中，还有其他地方配置了xms、xmx及xmn，而在最终执行的过程中，两次xms、xmx的配置会以后者为主，所以实际上的配置应该是：

-Xms1024M -Xmx1024M -Xmn1500M

那么问题来了，这种情况下的堆大小应该没有疑问的1024MB，但是年轻代和老年代大小是如何计算的呢？

年轻代取1500M，那不是超过了堆最大值？ 年轻代如果不取1500M，到底应该设置多少？ 那老年代会有多少空间？

要了解这些问题，需要我们顺着分代初始化的逻辑，一步一步透过源码来看看。

JVM堆分代初始化

分代初始化顺序

以常见的CMS为例（主要是其它的GC实现偷懒没细看，大体偏差不会太大，使用方式上略有不同），默认两分代的代码调用及分代初始化顺序如下。

整体流程上，

（1）Universe初始化JVM时，对堆进行初始化，调用不同GC策略的初始化过程；

（2）初始化过程中，initialize_flags逐级优先向上调用，初始化HeapSize、NewSize、OldSize的配置（最大、最小、当前值）；

（3）再通过initialize_size_info逐级优先向上调用，初始化Heap、gen0、gen1的实际大小。

这里的分代初始化顺序，单个分代的flag、size初始化顺序都很重要，直接影响最终的大小

看完整体的分代初始化顺序，我们单个分代逐个细看。

年轻代大小初始化

年轻代的初始化过程，从全局角度看其实分为三个阶段。

（1）基于用户配置读取并设置年轻代相关的配置（比如xmn），包含NewSize、MaxNewSize等；

（2）通过GenCollectorPolicy::initialize_flags()，重新计算年轻代大小的配置（NewSize、MaxNewSize），优先以用户配置为准，如无用户配置，则根据默认规则（NewRatio）进行大小配置的计算；

（3）通过GenCollectorPolicy::initialize_size_info()，最终计算年轻大的初始化大小（_min_gen0_size、_initial_gen0_size、_max_gen0_size）。

综上来看，年轻代的大小与xmn、NewRatio、NewSize、最大堆大小等都可能有关，最终完成年轻代的初始化值、最大/最小值的初始化。

年轻代最大值 ，优先以自定义的xmn为主，未设置时则以NewRatio和maxHeapSize来设置。
年轻代初始化值 ，分为两种情况，若xms=xmn，则年轻大的最大、最小和初始化值均计算出的max_new_size;若xms≠xmn，则优先以NewSize进行初始化，否则根据堆大小及NewRatio按不同的情况进行配置。

老年代大小初始化

老年代初始化的逻辑与新生代差不多，不再赘述。

唯一有所不同的是，由于初始化老年代大小时，整体堆大小及新生代大小已经初始化完，如果老年代有通过启动参数OldSize手动指定老年代大小，则会进行一轮大小适配，避免堆及分代大小之前的冲突。

问题分析

回到问题本身，通过上面的内容，我们可以知道JVM堆内存初始化的顺序是heap_size、gen0_size、gen1_size，结合前面讨论的生效配置，我们逐步来看。

-Xms1024M -Xmx1024M -Xmn1500M

heap_size

首先初始化heap_size，按配置看来，heap的初始化、最大/最小值均为1024MB。

gen0_size

其次是年轻代大小，按自定义配置为1500MB，但由于该大小已经超过heap_size，这种情况会怎么处理呢？

可以看看GenCollectorPolicy::initialize_size_info()中的处理过程~

当MaxNewSize非默认值时，以MaxNewSize作为年轻代最大大小，且此时由于xms = xmx，所以init_gen0_size、min_gen0_size、max_gen0_size都会设置为MaxNewSize。

那MaxNewSize在哪配置的呢？答案在GenCollectorPolicy::initialize_flags()。

综上来看，最终init_gen0_size、min_gen0_size、max_gen0_size最终都会设置为max_heap_size - {gen_aligenment}。

gen1_size

那么问题来了，堆大小、年轻代大小都初始化完了，那老年代呢？

看看TwoGenerationCollectorPolicy::initialize_size_info()中是如何设置的。

此时老年代的初始化及最小值，与堆的初始化及最小值有关，代码转换后的逻辑，简单理解就是：

1. 当heap_size足够大时，以heap_size - gen0_size作为gen1_size；
2. 当heap_size不够大时，至少保证gen1_size有一个分代对齐的大小{gen_alignment}

在我们的场景中会走到分支二，即gen1_size = {gen_alignment}，最终得到下图结果，一个64KB的老年代。

由于在计算gen0_size时，是取了heap_size - gen_alignment，此时gen1_size又设置为了gen_alignment，所以整体堆大小保持我们配置的xmx不变。

（只有老年代受伤的世界达成了「手动狗头」）

问题总结

综上来看，在确定堆大小后，如果新生代配置占用了太多堆空间，那么至少会保证老年代有一个分代对齐大小，即极端情况下的最小老年代大小，因此最终老年代大小只有64KB。

一些关联的有趣问题

分代对齐大小

可以看待源码中，很多地方用到了gen_alignment做内存对齐，并在极端情况下，保证老年代大小不低于gen_alignment。

关于gen_alignment的值，通过上文我们可以推测是64KB，那么它是在哪设置的呢？

兜兜转转是个圈，我们回到Universe中的initialize_heap()，CMS垃圾收集器会调用initialize_all()，该函数如下：

所以在最初Universe初始化JVM堆及GC时，首先初始化了分代对齐大小，再更新flag及size。

而gen_alignment的设置过程如下： （分别在concurrentMarkSweepGeneration.hpp及generation.hpp中）

在非ARM平台下，GenGrain是2^16，即64KB。

重点！！！
以上内容为CMS中的实现，其他垃圾收集器可能不同，在Universe初始化堆的��现也拆分出了不同垃圾收集器的初始化逻辑。

Ergonomics

算是一个不算题外话的题外话 - Ergonomics

在设置大小的时候，经常会看到这样的配置：

在设置时，会通过一个特殊的宏定义来进行属性值设置，并在一些场合判断该值是否为某些特殊场景的设置值，实际定义共有这些标签类型：

其中，

• DEFAULT，表示对应配置项为JVM默认设置；
• ERGO ，即Ergonomics选项，表示JVM为了提供更好的用户体验而自动选择的设置；
• CMDLINE，表示通过命令行参数传递给JVM的配置；
• MGMT ，表示通过某种管理接口或工具进行设置的选项，例如JMX。

JVM会在不同的场合，根据这些配置项的标签来做一些调整，比如某个配置项的标签CMDLINE时，JVM会优先以用户配置为准，不会再自动设置等等。

以上四种类型，从字面上最不好理解的应该就是Ergonomics。

Ergonomics的说明，可以参考HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide，JDK8和JDK11的说明中略有不同，大体思路一致，目的是在更少的命令行配置和调试下，以不同平台下的默认配置来满足不同场景下应用需求。

Ergonomics是JVM和垃圾回收调优时的一种过程，用于提升应用性能，其提供与平台相关的垃圾收集器、堆大小、运行时编译器的默认配置。

其内容主要包含三大块，不作细讲，有兴趣可以看上面的官方原文，并不长。

大概的内容主要是以下两个部分： （此处以JDK11的Ergonomics为例，原文还有一个part讲调优策略，就不展开了。）

• 垃圾收集器、堆及运行时编译器的默认选项

• 基于行为的调优策略

核心围绕两个目标：最大暂停时间、吞吐量。

一般情况下，满足了最大暂停时间，意味着更多次的GC，整体暂停时间会增加，带来的结果的一定吞吐量的下降；满足了吞吐量，意味着最大化GC的收益，单次GC可能会变成，但是整体暂停时间会减少。

这两个目标的值与MaxGCPauseMillis、GCTimeRatio这两个配置有关，JVM会在满足了其中一个倾向达成的目标后，尝试最大化的达成另一个目标。两个目标要同时达成不容易，如果最大暂停时间及吞吐量目标均已满足，则垃圾收集器会减小堆大小，知道两个目标中的一个不满足为止。