为 Java 虚拟机分配堆内存大于机器物理内存会怎么样？

之前在某个地方看到的一个问题，“如果为 Java 虚拟机指定的堆内存大于物理内存会怎么样？”，今天正好又看到了 HotSpot VM 中关于为堆分配内存的源代码实现，顺便从源代码角度解答一下这个问题。

我们平时为堆分配内存时，会调用到 os::reserve_memory()函数，这个函数的实现如下：

char* os::reserve_memory(  size_t bytes, char* addr, size_t alignment_hint) {  char* result = pd_reserve_memory(bytes, addr, alignment_hint);  return result;} char* os::pd_reserve_memory(  size_t bytes, char* requested_addr,size_t alignment_hint) {  return anon_mmap(requested_addr, bytes, (requested_addr != NULL));}　

调用的 anon_mmap()函数的实现如下：

源代码位置：openjdk/hotspot/src/os/linux/vm/os_linux.cpp // 如果参数fixed为true，则要求分配的内存基址从requested_addr开始，如果这个内存基地被// 占用，则会发生重写，我们不对基址有要求，所以fixed的值为false，requested_addr的值// 为NULL，如果有值的话，内存基址可能会从从requested_addr开始，不过这不是必须的static char* anon_mmap(char* requested_addr, size_t bytes, bool fixed) {  char * addr;  int flags;     flags = MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE | MAP_ANONYMOUS;  if (fixed) {    flags |= MAP_FIXED;  }     addr = (char*)::mmap(requested_addr, bytes, PROT_NONE,flags, -1, 0);     ...     return addr == MAP_FAILED ? NULL : addr;}

默认情况下，内核会为匿名映射（如使用 MAP_ANONYMOUS 创建的映射）预先分配交换空间，确保物理内存不足时将数据换出。而 MAP_NORESERVE 会跳过此预留步骤，允许进程分配大于当前 可用物理内存+交换空间总和的内存区域。

我们看一下我本地机器的可用物理内存和交换空间的大小：

物理可用内存 5.8G，Swap 是 4G

这里需要解释一下 MAP_NORESERVE，表示“不申请交换空间”。由于 Linux 申请内存是两阶段提交，阶段一是申请到虚拟内存，当有访问到虚拟内存时才会触发第二阶段，为虚拟内存分配对应的物理内存。这里不申请交换空间，因为是处在阶段一，申请交换空间是一种浪费。

对于第一阶段的内存申请，由于申请的是虚拟内存，实际上 64 位操作系统，进程可以使用 128 TB 大小的虚拟内存空间，所以进程申请一个远大于本机物理内存是没问题的，只要不读写这个虚拟内存，操作系统就不会分配物理内存。

假设调用 anon_map()函数分配 500G，实例如下：

// 1G内存大小size_t length = 1UL * 1024 * 1024 * 1024;char*  c = anon_mmap(NULL,length * 500 ,false);此时使用如下命令查看这个进程分配的虚拟空间：
ps aux | grep -E "VSZ|test"

如下所示。

其中的 VSZ 显示了进程的虚拟地址空间大小为 500G。这个内存已经远远大于了物理内存的大小了。

对于第二阶段来说，我们到底可以使用多大的物理内存呢？这要介绍一下 Swap。

当系统的物理内存不够用的时候，就需要将物理内存中的一部分空间释放出来，以供当前运行的程序使用。那些被释放的空间可能来自一些很长时间没有什么操作的程序，这些被释放的空间会被临时保存到磁盘，等到那些程序要运行时，再从磁盘中恢复保存的数据到内存中。

另外，当内存使用存在压力的时候，会开始触发内存回收行为，会把这些不常访问的内存先写到磁盘中，然后释放这些内存，给其他更需要的进程使用。再次访问这些内存时，重新从磁盘读入内存就可以了。

这种，将内存数据换出磁盘，又从磁盘中恢复数据到内存的过程，就是 Swap 机制负责的。

我们先使用如下命令关闭 Swap，然后为虚拟机分配堆的大小为 6G，实际上可用的物理内存是 5.8G，所以不出意外的，内存分配失败了。

这里在启动虚拟机时，添加了-XX:+AlwaysPreTouch 参数，这个参数会按页访问内存，这样就能为虚拟内存分配对应的物理内存了。

我们现在开启 Swap 后，再为虚拟机分配 6G 堆大小，如下：

可以看到，程序运行成功。再看内存情况后会看到 Swap 使用了 200 多 M 的内存。

实际上不能太多的使用 Swap，否则磁盘换入换出，整个系统会非常卡。所以 Swap 可以看成一种保障，一定程度上可保障在内存吃紧时不会杀掉进程，但是如果虚拟机开始使用 Swap，通常会造成性能明显下降，由 Swap 引起的性能问题也不算少。

 所以我们可不能认为，当内存敏感型的程序上线后，如果内存不足，可借用 Swap 来扩大内存提高程序运行效率。

文章转载自：鸠摩（马智）

原文链接：https://www.cnblogs.com/mazhimazhi/p/18868935

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