JVM之壓縮指標（CompressedOops）

JVM 指標 · 發表 2019-01-27 02:56:47

摘要：對於32位機器，程序能使用的最大記憶體是4G。如果程序需要使用更多的記憶體，需要使用64位機器。對於Java程序，在oop只有32位時，只能引用4G記憶體。因此，如果需要使用更大的堆記憶體，需要部署64位JVM。這樣，oop為64位，可引用的堆記憶體就更大了。注：oop（ordin...

對於32位機器，程序能使用的最大記憶體是4G。如果程序需要使用更多的記憶體，需要使用64位機器。

對於Java程序，在oop只有32位時，只能引用4G記憶體。因此，如果需要使用更大的堆記憶體，需要部署64位JVM。這樣，oop為64位，可引用的堆記憶體就更大了。

注：oop（ordinary object pointer），即普通物件指標，是JVM中用於代表引用物件的控制代碼。

在堆中，32位的物件引用佔4個位元組，而64位的物件引用佔8個位元組。也就是說，64位的物件引用大小是32位的2倍。

64位JVM在支援更大堆的同時，由於物件引用變大卻帶來了效能問題：

增加了GC開銷

64位物件引用需要佔用更多的堆空間，留給其他資料的空間將會減少，從而加快了GC的發生，更頻繁的進行GC。

降低CPU快取命中率

64位物件引用增大了，CPU能快取的oop將會更少，從而降低了CPU快取的效率。

為了能夠保持32位的效能，oop必須保留32位。那麼，如何用32位oop來引用更大的堆記憶體呢？

答案是壓縮指標（CompressedOops）。

JVM的實現方式是，不再儲存所有引用，而是每隔8個位元組儲存一個引用。例如，原來儲存每個引用0、1、2...，現在只儲存0、8、16...。因此，指標壓縮後，並不是所有引用都儲存在堆中，而是以8個位元組為間隔儲存引用。

在實現上，堆中的引用其實還是按照0x0、0x1、0x2...進行儲存。只不過當引用被存入64位的暫存器時，JVM將其左移3位（相當於末尾新增3個0），例如0x0、0x1、0x2...分別被轉換為0x0、0x8、0x10。而當從暫存器讀出時，JVM又可以右移3位，丟棄末尾的0。（oop在堆中是32位，在暫存器中是35位，2的35次方=32G。也就是說，使用32位，來達到35位oop所能引用的堆記憶體空間）

在JVM中（不管是32位還是64位），物件已經按8位元組邊界對齊了。對於大部分處理器，這種對齊方案都是最優的。所以，使用壓縮的oop並不會帶來什麼損失，反而提升了效能。

Oracle JDK從6 update 23開始在64位系統上會預設開啟壓縮指標。

32位HotSpot VM是不支援UseCompressedOops引數的，只有64位HotSpot VM才支援。

對於大小在4G和32G之間的堆，應該使用壓縮的oop。

檢視壓縮指標的工作模式

在VM啟動的時候，可以設定 -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompressedOopsMode 引數來確認壓縮指標的工作模式。

JDK 7

壓縮指標預設開啟：

$ java -server -Xms2G -Xmx2G -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompressedOopsMode -version

heap address: 0x000000077ae00000, size: 2130 MB, zero based Compressed Oops

java version "1.7.0_79"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_79-b15)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.79-b02, mixed mode)
複製程式碼

JDK 8

壓縮指標預設開啟：

$ java -server -Xms2G -Xmx2G -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompressedOopsMode -version

heap address: 0x0000000080000000, size: 2048 MB, Compressed Oops mode: 32-bit

Narrow klass base: 0x0000000000000000, Narrow klass shift: 3
Compressed class space size: 1073741824 Address: 0x000000013fe20000 Req Addr: 0x0000000100000000
java version "1.8.0_121"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_121-b13)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.121-b13, mixed mode)
複製程式碼

關閉壓縮指標：

$ java -server -Xms2G -Xmx2G -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:-UseCompressedOops -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintCompressedOopsMode -version
java version "1.8.0_121"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_121-b13)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.121-b13, mixed mode)
複製程式碼

例項比較

測試環境：JDK 1.8.0_121

測試程式碼

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;
public class IntegerApplication {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> intList = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < 2000000; i++) {
Integer number = new Integer(1);
intList.add(number);
}
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("application is running...");
String tmp = scanner.nextLine();
System.exit(0);
}
}
複製程式碼

使用Eclipse Memory Analyzer檢視Integer物件數量與大小

先執行程式IntegerApplication，再通過mat檢視物件分配情況。

開啟壓縮指標

壓縮指標預設開啟（-XX:+UseCompressedOops）。

$ java IntegerApplication
application is running...
複製程式碼

每個Integer大小為：

64(Mark Word)+32(Compressed oops)+32(int)=128bits=16bytes

所有Integer總大小為：

2000256*16=32004096bytes

關閉壓縮指標

設定引數-XX:-UseCompressedOops，關閉壓縮指標。

$ java -XX:-UseCompressedOops IntegerApplication
application is running...
複製程式碼