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，在压测过程中进程内存逐渐升高，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。

“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，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，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：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，扩容的上限为 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：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。