堆 Heap

6 堆 Heap?????????? 6.1 核心概述 一個(gè)JVM實(shí)例只存在一個(gè)堆內(nèi)存，堆也是Java內(nèi)存管理的核心區(qū)域。 Java 堆區(qū)在JVM啟動(dòng)的時(shí)候即被創(chuàng)建，其空間大小也就確定了。是JVM管理的最

6 堆 Heap??????????

6.1 核心概述

• 一個(gè)JVM實(shí)例只存在一個(gè)堆內(nèi)存，堆也是Java內(nèi)存管理的核心區(qū)域。
• Java 堆區(qū)在JVM啟動(dòng)的時(shí)候即被創(chuàng)建，其空間大小也就確定了。是JVM管理的最大一塊內(nèi)存空間。
• 堆是GC（Garbage Collection，垃圾收集器）執(zhí)行垃圾回收的重點(diǎn)區(qū)域。

堆內(nèi)存細(xì)分

Java 7及之前堆內(nèi)存邏輯上分為三部分：新生區(qū) + 養(yǎng)老區(qū) + 永久區(qū)

• Young Generation Space 新生區(qū) Young/New
  • 又被劃分為Eden區(qū)和Survivor區(qū)
• Tenure generation space 養(yǎng)老區(qū) Old/Tenure
• Permanent Space 永久區(qū) Perm

Java 8及之后堆內(nèi)存邏輯上分為三部分：新生區(qū) + 養(yǎng)老區(qū) + 元空間

• Young Generation Space 新生區(qū) Young/New
  • 又被劃分為Eden區(qū)和Survivor區(qū)
• Tenure generation space 養(yǎng)老區(qū) Old/Tenure
• Meta Space 元空間 Meta

約定：新生區(qū)（代）<=>年輕代 、 養(yǎng)老區(qū)<=>老年區(qū)（代）、 永久區(qū)<=>永久代

6.2 設(shè)置堆內(nèi)存大小與OOM

堆空間大小設(shè)置

Java堆區(qū)用于存儲Java對象實(shí)例，堆的大小在JVM啟動(dòng)時(shí)就已經(jīng)設(shè)定好了，大家可以通過選項(xiàng)"-Xmx"和"-Xms"來進(jìn)行設(shè)置。

通常會將-Xms和-Xmx兩個(gè)參數(shù)配置相同的值，其目的是為了能夠在 Java垃圾回收機(jī)制清理完堆區(qū)后不需要重新分隔計(jì)算堆區(qū)的大小，從而提高性能。

默認(rèn)情況下

• 初始內(nèi)存大小：物理電腦內(nèi)存大小 / 64
• 最大內(nèi)存大小：物理電腦內(nèi)存大小 / 4

public class HeapTest {
 ? ?public static void main(String[] args) {
 ? ? ? ?// Java虛擬機(jī)中的堆內(nèi)存容量
 ? ? ? ?long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
 ? ? ? ?// Java虛擬機(jī)中的最大堆內(nèi)存容量
 ? ? ? ?long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
?
 ? ? ? ?System.out.println("-Xms: " + initialMemory + "M");
 ? ? ? ?System.out.println("-Xmx: " + maxMemory + "M");
 ?  }
}

查看設(shè)置的參數(shù)

• 方式1：jps / jstat -gc 進(jìn)程id
• 方式2：-XX:+PrintFCDetails

OutOfMemory舉例

public class OOMTest {
 ? ?public static void main(String[]args){
 ? ? ? ?ArrayList<Picture> list = new ArrayList<>();
 ? ? ? ?while(true){
 ? ? ? ? ? ?try {
 ? ? ? ? ? ? ? ?Thread.sleep(20);
 ? ? ? ? ?  } catch (InterruptedException e){
 ? ? ? ? ? ? ? ?e.printStackTrace();
 ? ? ? ? ?  }
 ? ? ? ? ? ?list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024*1024)));
 ? ? ?  }
 ?  }
}

打印結(jié)果

Exception in thread "main" java.lang.OutofMemoryError: Java heap space
 ? ?at com.atguigu. java.Picture.<init>(OOMTest. java:25)
 ? ?at com.atguigu.java.O0MTest.main(OOMTest.java:16)

6.3 年輕代與老年代

存儲在JVM中的Java對象可以被劃分為兩類：

• 一類是生命周期較短的瞬時(shí)對象，這類對象的創(chuàng)建和消亡都非常迅速
• 另外一類對象的生命周期卻非常長，在某些極端的情況下還能夠與JVM的生命周期保持一致

• 默認(rèn)-XX:NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整個(gè)堆的1/3

幾乎所有的 Java對象都是在Eden區(qū)被new出來的。絕大部分的Java對象的銷毀都在新生代進(jìn)行了。

6.4 圖解對象分配過程

1.  new的對象先放伊甸園區(qū)。此區(qū)有大小限制。 
2.  當(dāng)伊甸園的空間填滿時(shí)，程序又需要?jiǎng)?chuàng)建對象，JVM的垃圾回收器將對伊甸園區(qū)進(jìn)行垃圾回收（MinorGC），將伊甸園區(qū)中的不再被其他對象所引用的對象進(jìn)行銷毀。再加載新的對象放到伊甸園區(qū)。 
3.  然后將伊甸園中的剩余對象移動(dòng)到幸存者0區(qū)。 
4.  如果再次觸發(fā)垃圾回收，此時(shí)上次幸存下來的放到幸存者0區(qū)的，如果沒有回收，就會放到幸存者1區(qū)。 
5.  如果再次經(jīng)歷垃圾回收，此時(shí)會重新放回幸存者0區(qū)，接著再去幸存者1區(qū)。 
?
6.  啥時(shí)候能去養(yǎng)老區(qū)呢？可以設(shè)置次數(shù)。默認(rèn)是15次。 
  ○ 可以設(shè)置參數(shù)：進(jìn)行設(shè)置-Xx:MaxTenuringThreshold= N
7.  在養(yǎng)老區(qū)，相對悠閑。當(dāng)養(yǎng)老區(qū)內(nèi)存不足時(shí)，再次觸發(fā)GC：Major GC，進(jìn)行養(yǎng)老區(qū)的內(nèi)存清理 
8.  若養(yǎng)老區(qū)執(zhí)行了Major GC之后，發(fā)現(xiàn)依然無法進(jìn)行對象的保存，就會產(chǎn)生OOM異常。 

• 伊甸園區(qū)的對象先往to區(qū)放（空的）

• 年齡計(jì)數(shù)器達(dá)到15晉升老年代

• 總結(jié)

  • 針對幸存者s0，s1區(qū)的總結(jié)：復(fù)制之后有交換，誰空誰是to
  • 關(guān)于垃圾回收：頻繁在新生區(qū)收集，很少在老年代收集，幾乎不再永久代和元空間進(jìn)行收集

流程圖

常用調(diào)優(yōu)工具（在JVM下篇：性能監(jiān)控與調(diào)優(yōu)篇會詳細(xì)介紹）

• JDK命令行
• Eclipse:Memory Analyzer Tool
• Jconsole
• VisualVM
• Jprofiler
• Java Flight Recorder
• GCViewer
• GC Easy

6.5 Minor GC、MajorGC、Full GC

JVM在進(jìn)行GC時(shí)，并非每次都對上面三個(gè)內(nèi)存區(qū)域一起回收的，大部分時(shí)候回收的都是指新生代。

針對Hotspot VM的實(shí)現(xiàn)，它里面的GC按照回收區(qū)域又分為兩大種類型：一種是部分收集（Partial GC），一種是整堆收集（FullGC）

• 部分收集：不是完整收集整個(gè)Java堆的垃圾收集。其中又分為：
• • 新生代收集（Minor GC / Young GC）：只是新生代的垃圾收集
• • 老年代收集（Major GC / Old GC）：只是老年代的圾收集。
• • • 目前，只有CMSGC會有單獨(dú)收集老年代的行為。
• • • 注意，很多時(shí)候Major GC會和Full GC混淆使用，需要具體分辨是老年代回收還是整堆回收。
• • 混合收集（MixedGC）：收集整個(gè)新生代以及部分老年代的垃圾收集。
• • • 目前，只有G1 GC會有這種行為
• 整堆收集（Full GC）：收集整個(gè)java堆和方法區(qū)的垃圾收集。

6.6 堆空間分代思想

分代的唯一理由就是優(yōu)化GC性能。

如果沒有分代，GC的時(shí)候要找到哪些對象沒用，就會對堆的所有區(qū)域進(jìn)行掃描。而很多對象都是朝生夕死的，如果分代的話，把新創(chuàng)建的對象放到某一地方，當(dāng)GC的時(shí)候先把這塊存儲“朝生夕死”對象的區(qū)域進(jìn)行回收，這樣就會騰出很大的空間出來。

6.7 內(nèi)存分配策略

針對不同年齡段的對象分配原則如下所示：

• 優(yōu)先分配到Eden
• 大對象直接分配到老年代（盡量避免程序中出現(xiàn)過多的大對象）
• 長期存活的對象分配到老年代
• 動(dòng)態(tài)對象年齡判斷：如果survivor區(qū)中相同年齡的所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對象可以直接進(jìn)入老年代，無須等到MaxTenuringThreshold中要求的年齡。
• 空間分配擔(dān)保： -XX:HandlePromotionFailure

6.8 為對象分配內(nèi)存：TLAB

6.9 小結(jié)：堆空間的參數(shù)設(shè)置

// 詳細(xì)的參數(shù)內(nèi)容會在JVM下篇：性能監(jiān)控與調(diào)優(yōu)篇中進(jìn)行詳細(xì)介紹，這里先熟悉下
-XX:+PrintFlagsInitial ?//查看所有的參數(shù)的默認(rèn)初始值
-XX:+PrintFlagsFinal ?//查看所有的參數(shù)的最終值（可能會存在修改，不再是初始值）
-Xms ?//初始堆空間內(nèi)存（默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/64）
-Xmx ?//最大堆空間內(nèi)存（默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/4）
-Xmn ?//設(shè)置新生代的大小。（初始值及最大值）
-XX:NewRatio ?//配置新生代與老年代在堆結(jié)構(gòu)的占比
-XX:SurvivorRatio ?//設(shè)置新生代中Eden和S0/S1空間的比例
-XX:MaxTenuringThreshold ?//設(shè)置新生代垃圾的最大年齡
-XX:+PrintGCDetails //輸出詳細(xì)的GC處理日志
//打印gc簡要信息：①-Xx：+PrintGC ② - verbose:gc
-XX:HandlePromotionFalilure：//是否設(shè)置空間分配擔(dān)保

堆是分配對象的唯一選擇么？

在Java虛擬機(jī)中，對象是在Java堆中分配內(nèi)存的，這是一個(gè)普遍的常識。

但是，有一種特殊情況，那就是如果經(jīng)過逃逸分析（Escape Analysis）后發(fā)現(xiàn)，一個(gè)對象并沒有逃逸出方法的話，那么就可能被優(yōu)化成棧上分配。這樣就無需在堆上分配內(nèi)存，也無須進(jìn)行垃圾回收了。這也是最常見的堆外存儲技術(shù)。