1. 概述
垃圾回收是 Java 运行时系统识别并清理内存中未引用对象的核心机制。它通过清理未引用对象、临时对象、无用元数据等，在内存管理中扮演关键角色。
本文将深入探讨 Metaspace 和 Metadata GC Threshold，并介绍如何调优相关参数。
2. 元数据
元数据包含堆中对象的信息，包括类定义、方法表及相关数据。根据 Java 版本不同，JVM 会将这些数据存储在永久代或 Metaspace 中。
JVM 依赖这些信息执行类加载、字节码验证和动态绑定等任务。
3. 永久代与元空间
从 Java 8 开始，JVM 用 Metaspace 替代了永久代（*PermGen*）来存储元数据。
永久代是固定大小的内存区域，独立于主堆，用于存储 JVM 加载的类和方法元数据。它有最大尺寸限制，一旦用满就会抛出 OutOfMemoryError。
元空间大小可动态增长，取决于应用程序的元数据量。它位于进程内存的原生内存区域，与主堆分离，仅受宿主操作系统内存限制。
4. 元数据 GC 阈值
在 Java 中，创建带元数据的对象时会占用内存空间。JVM 需要这些元数据执行各种任务，但与普通对象不同，元数据在达到特定阈值前不会触发垃圾回收。
随着 Java 程序运行时动态加载更多类，元空间会逐渐填满。
JVM 维护一个元空间内容大小的阈值，当新分配的元数据超出此阈值时，就会触发 Metadata GC Threshold 垃圾回收周期。
5. 元数据相关的 JVM 参数
我们可以使用以下 JVM 参数收集元数据使用信息并优化性能：
✅ -XX:+PrintClassHistogram：打印占用大量元数据内存的类信息
✅ -XX:+PrintMetaspaceStatistics：输出元空间统计信息（如类元数据占用空间）
基于这些信息，我们可以优化代码以改善元空间使用和垃圾回收效率。下面介绍几个关键调优参数：
5.1. -XX:MetaspaceSize=<size>
设置类元数据的初始空间（初始高水位线，单位字节），达到此值可能触发垃圾回收卸载类。该值是近似值，JVM 可动态调整元空间大小。
调优建议：
- 较大值可减少 GC 频率
- 默认值因平台而异（12MB~20MB）
- 示例：
-XX:MetaspaceSize=128m
5.2. -XX:MaxMetaspaceSize=<size>
设置元空间最大尺寸，超出后抛出 OutOfMemoryError。该值限制类元数据分配空间，也是近似值。
⚠️ 重要： 默认无限制，元空间可能增长至全部可用原生内存。
示例：‑XX:MaxMetaSpaceSize=100m
5.3. -XX:+UseCompressedClassPointers
通过压缩对象指针减少 64 位 Java 应用的内存占用。启用后，JVM 对类元数据使用 32 位压缩指针替代 64 位指针。
核心优势：
- 显著降低类元数据内存占用
- 减少对象引用内存需求
- 提升整体应用性能
压缩类指针将类空间分配与非类空间分配分离，形成两个全局元空间上下文：
- 存放 Klass 结构（压缩类空间）
- 存放其他数据（非类元空间）
⚠️ 注意： 近期 JVM 版本默认启用此参数（64 位应用），通常无需显式设置。
5.4. -XX:+UseCompressedOops
启用/禁用 64 位 JVM 中 Java 对象的压缩指针。启用后，对象引用使用 32 位指针替代 64 位指针。
工作原理：
- 压缩指针可寻址内存范围较小
- 强制 JVM 使用更小指针节省内存
- 特别适合大内存场景
6. 总结
本文深入探讨了元数据和元空间的核心概念，分析了 Metadata GC Threshold 的触发机制，并介绍了优化元空间和垃圾回收周期的关键 JVM 参数。
掌握这些调优参数，能帮助我们在实际开发中有效避免内存问题，提升应用性能。