jvm虚拟机中的堆

一、JVM体系结构
二、Java堆简介
三、JVM堆内存常用参数
四、垃圾回收算法（GC，Garbage Collection）
五、常见错误
- 5.1 为什么会堆内存溢出？

一、JVM体系结构

在这里插入图片描述我们接下来说的JVM中运行时数据区中的堆区（Heap Area）。

二、Java堆简介

对于Java应用程序来说，Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一的目的就是存放对象实例，Java世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。在《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：“所有的对象实例以及数组都应当在堆上分配”。

2.1 堆的特点

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆也是Java内存管理的核心区域。
Java堆区在JVM启动的时候被创建，其空间大小也就确定了。是JVM管理的最大一块内存空间。但是堆内存的大小是可以调节的。
《Java虚拟机规范》规定，堆可以处于 **物理上不连续** 的内存空间中，但是 **逻辑上** 它应该是被视为 连续的。
堆针对一个 JVM 进程来说是唯一的，也就是一个进程只有一个JVM，但是进程包含多个线程，他们是共享同一堆空间的。
所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（**Thread Local Allocation Buffer, TLAB**）

2.2 堆空间细分

在这里插入图片描述从上图中我们可以知道，堆的空间可以被细分为很多区：

年轻代（Young Gen）
老年代（Old Gen）
永久代（Perm Gen）

其中年轻代被分为 Eden 空间、Survivor 1空间（From区）、Survivor 0空间（To 区），备注：谁空谁就是 To区。

所有对象一出生都会在Eden区，并且对象年龄为0。Eden区满了之后会触发minor GC, minor GC只回收年轻代中需要回收的对象。每一次minor GC，若该对象没有被回收，那么对象的年龄就会 + 1。对象到达阈值以后该对象会进入老年代(android阈值为6)。
当老年代空间满了以后会触发full GC，full GC会同时回收年轻代和老年代中所有需要回收的对象。

2.3 堆空间的分代思想

年轻代、老年代、永久代

年轻代用于放置临时对象或者生命周期短的对象
老年代用于放置生命周期长的对象
永久代或者元空间，用于存放常量
minor GC （轻GC）只管年轻代，Full GC（重GC）同时管理年轻代和老年代

为什么要分代？有什么好处？

经研究表明，不同对象的生命周期是不一致的，但是在具体的使用过程中，70%–90%的对象都是临时对象
分代唯一的理由就是优化GC的性能，如果没有分代，那么所有对象都处于一块空间，GC想要回收，则GC需要描述所有的对象，分代之后，长期持有的对象可以被挑出，短期持有的对象可以固定在一个位置回收，省掉很大一部分空间利用。

2.4 堆的默认大小

初始大小：电脑物理内存的 1/64
最大内存大小：电脑物理内存的 1/4

Runtime类：该类对应的JVM运行时数据区

long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
long freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory();

三、JVM堆内存常用参数

参数	说明
-Xms	堆内存初始大小，单位m（兆）、g（G）
-Xmx（MaxHeapSize）	堆内存最大允许大小，一般不要大于物理内存的80%
-XX:PermSize	非堆内存初始大小，一般应用设置初始化200m，最大1024m就够了
-XX:MaxPermSize	非堆内存最大允许大小
-XX:NewSize（-Xns）	年轻代内存初始大小
-XX:MaxNewSize（-Xmn）	年轻代内存最大允许大小，也可以缩写
-XX:SurvivorRatio=8	年轻代中Eden区与Survivor区的容量比例值，默认为8，即8:1
-Xss	堆栈内存大小

四、垃圾回收算法（GC，Garbage Collection）

以下几种垃圾回收算法只是抛砖引玉，具体详细的算法说明还需要自行搜索并加以学习，算法还有很多，所以学习的东西有很多哦。

红色是标记的非活动对象，绿色是活动对象。

4.1 标记-清除（Mark-Sweep）

GC分为两个阶段，标记和清除。首先标记所有可回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。同时会产生不连续的内存碎片。碎片过多会导致以后程序运行时需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存，而不得已再次触发GC。
在这里插入图片描述

4.2 复制（Copy）

将内存按容量划分为两块，每次只使用其中一块。当这一块内存用完了，就将存活的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对半个内存区回收，也不用考虑内存碎片问题，简单高效。缺点需要两倍的内存空间。
在这里插入图片描述

4.3 标记-整理（Mark-Compact）

也分为两个阶段，首先标记可回收的对象，再将存活的对象都向一端移动，然后清理掉边界以外的内存。此方法避免标记-清除算法的碎片问题，同时也避免了复制算法的空间问题。

一般年轻代中执行GC后，会有少量的对象存活，就会选用复制算法，只要付出少量的存活对象复制成本就可以完成收集。

而老年代中因为对象存活率高，没有额外过多内存空间分配，就需要使用标记-清理或者标记-整理算法来进行回收。
在这里插入图片描述

五、常见错误

5.1 为什么会堆内存溢出？

在年轻代中经过GC后还存活的对象会被复制到老年代中。当老年代空间不足时，JVM会对老年代进行完全的垃圾回收（Full GC）。如果GC后，还是无法存放从Survivor区复制过来的对象，就会出现OOM（Out of Memory）。
OOM（Out Of Memory）异常常见有以下几个原因：

老年代内存不足：java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace
永久代内存不足：java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace
代码bug，占用内存无法及时回收。

OOM在这几个内存区都有可能出现，实际遇到OOM时，能根据异常信息定位到哪个区的内存溢出。

可以通过添加个参数 -XX:+HeapDumpOnOutMemoryError，让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照以便事后分析。

熟悉了JAVA内存管理机制及配置参数，下面是对JAVA应用启动选项调优配置：

JAVA_OPTS=“-server -Xms512m -Xmx2g -XX:+UseG1GC -XX:SurvivorRatio=6 -XX:MaxGCPauseMillis=400 -XX:G1ReservePercent=15 -XX:ParallelGCThreads=4 -XX:
ConcGCThreads=1 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=40 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -Xloggc:…/logs/gc.log”

设置堆内存最小和最大值，最大值参考历史利用率设置

设置GC垃圾收集器为G1

启用GC日志，方便后期分析

完结！

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