JVM 堆

Java堆

特点

• Java堆(Java Heap)是Java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。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

• 但随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术会导致不在堆上分配对象成为可能。

• Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候Java堆也被称为“GC”堆。

堆的内存划分

• 从垃圾回收的角度看，由于现在的收集器都在采用的分代收集算法，因此Java堆分为新生代和老年代。新生代又可以分为伊甸园区(Eden)、幸存者一区(Survivor1)和幸存者二区(Survivor2)。幸存者一区和幸存者二区又称为from区和to区(Young GC的时候from和to区会发生交换)。

堆空间的大小设置

• ‘’-Xms"用于表示堆区的起始内存
• "-Xmx"用于表示堆区的最大内存
• “-XX:NewRatio=ratio” 设置新生代和老年代的比例，默认1：2，默认-XX:NewRatio=2
• “-XX:SurvivorRatio=ratio”设置eden空间大小与幸存者空间大小之间的比率。默认情况下，此选项设置为8。
• "-XX:+UseAdaptiveSizePolicy"默认开启自适应比例
• 一旦堆区中 的内存大小超过“-Xmx”所指定的最大内存时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
• 通常情况下来说，-Xms和-Xmx两个参数配置相同的值，目的是为了能够在Java垃圾回收器清理完堆区后不需要重新分割计算堆区大小（不用扩容和减少内存），从而提高性能。
• 默认情况下，初始内存大小为电脑物理内存的1/64，最大内存大小为电脑物理内存的1/4

查看堆参数

• 方式一： jps查找进程id, jstat -gc 进程id查看
• 方式二：加运行参数 -XX:+PrintGCDetails

对象分配的过程

1. new的对象先放在伊甸园区，此区有大小限制。

2. 当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM垃圾货回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC或者Young GC)，将伊甸园区不在被其他对象所引用的对象进行销毁。在加载新的对象放到伊甸园区。

3. 然后将伊甸园区没有回收的对象年龄加1放到幸存者0区

4. 如果再次触发垃圾回收，会对伊甸园区和幸存者0区的对象进行垃圾回收，此时幸存者0区还幸存的对象会放在幸存者1区，下次再进行垃圾回收会回收对伊甸园区和幸存者1区的对象，把还幸存的对象放到幸存者0区，循环往复(谁空谁是to)

5. 默认15次，即经过Minor GC15次的对象会进入老年代，可以通过“-XX:MaxTenuringThreshold=threshold，由于Java对象头储存年龄只有4个bit位，所以MaxTenuringThreshold的值最大只能是15.

总结：

• 复制之后有交换，谁空谁是to
• 频繁在新生区收集，很少在养老去收集，几乎不在永久区/元空间收集

Minor GC、Major GC 和 Full GC

• JVM在进行GC的时候，并不是每次都对新生代、老年代、方法区一起回收的，大部分回收的都是新生代。

• Minor GC或Young GC,新生代(Eden、S0、S1)收集，当年轻代空间不足时，就会触发Young GC，这里指的是Eden区满，S1，S0满不会触发GC。Java的大多数对象都是朝生夕死的，所以Young GC非常频繁，一般回收速度也比较快。Young GC时会引发STW,暂停其他用户线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。

• Major GC或Old GC 老年代的垃圾收集

  • 目前只有CMS GC会有单独收集老年代的行为
  • 注意，很多时候Major GC回和Full GC混淆使用，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收。

• 整堆回收，Full GC，对整个java堆和方法区的垃圾收集。

• 触发Full GC的情况有五种

  1.调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但不是必然执行的。

  2.老年代空间不足

  3.方法区空间不足

  4.通过Minor GC后进入老年代的平局大小大于老年代的空闲内存。

  5.由Eden区、s0区向s1区复制时，对象大小大于s1区的可用内存，则把该对象转移到老年代，并且老年代的可用内存小于该对象的大小

为什么要把Java堆分代

​ 其实不分代完全可以，分代的唯一理由就是优化GC性能。如果没有分代，那所有的对象都在一块，就如同把一个学校的人都关在一个教室。GC的时候要找到哪些对象没用，这样就会对堆的所有区域进行扫描。而很多对象都是朝生夕死的，如果分代的话，把新创建的对象放到某一地方，当GC的时候先把这块存储“朝生夕死”对象的区域进行回收，这样就会腾出很大的空间出来。

内存分配策略

• 优先分配到Eden
• 大对象直接分配到老年代，尽量避免过多的大对象
• 长期存活的大对象分配到老年代
• 动态对象年龄的判断，如果S区中相同年龄的所有对象大小总和大于S区空间的一半，年龄大于等于该年龄的对象直接进入老年代，无须等待MaxTenuringThreshold中要求的年龄。

TLAB缓冲

为什么要有TLAB(Thread Local Allocation Buffer)?

• 堆区是线程共享的区域，任何线程都可以访问到堆区的共享数据。
• 由于Java对象的创建在JVM中非常的频繁，因此在并发环境下从堆区划分内存空间是线程不安全的
• 为避免多个线程操作同一个地址，需要使用加锁等机制，进而影响分配速度。

什么是TLAB?

• 从内存分配而不是垃圾收集的角度，对Eden区域继续进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域。
• 多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列的线程安全问题，同时还能够提升对内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配策略称为快速分配策略。
• 目前来看，所有OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计。
• 默认是开启的

额外说明

• 尽管不是所有的对象实例都能够在TLAB中成功分配内存，但JVM确实是将TLAB作为内存分配的首选。
• 在程序中，开发人员可以通过选项“-XX:UseTLAB”设置是否开启TLAB空间。
• 默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅占有整个Eden空间的1%，当然我们可以通过选项“-XX: TLABWasteTargetPercent”设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小。
• 一旦对象在TLAB空间分配内存失败时，JVM就会尝试着通过使用加锁机制确保数据操作的原子性，从而直接在Eden空间中分配内存。

堆空间常用参数设置

-XX:+PrintFlagsInitial 查看所有参数的默认初始值

-XX:+PrintFlagsFinal 查看所有参数最终修改过的值

具体查看某个参数的指令(在cmd或linux终端中)

①jps 查看程序的具体进程

②jinfo -flag SurvivorRatio(参数名称) 78856（进程id）

-Xms 初始堆空间内存（默认为物理内存的1/64）

-Xmx 最大堆空间内存（默认为物理内存的1/4）

-Xmn 设置新生代的大小（初始大小，也是最大大小）

-XX:NewRatio:配置新生代和老年代的结构占比

-XX:SurvivorRatio 设置新生代中Eden和S区的空间占比

-XX:MaxTenuringThreshold 设置新生代S区对象最大年龄

-XX:PrintGCDetails 输出详细的GC处理日志

打印GC的简要信息：① -XX:PrintGC ②-verbose:gc

-XX:HandlePromotionFailure 是否设置分配担保

-XX:HandlePromotionFailure 分配担保问题

​ 在发生Minor GC之 前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间。

• 如果大于，则此次Minor GC是安全的

• 如果小于，则虚拟机会查看-XX: HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。

  ➢如果HandlePromotionFailure=true， 那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象的平均大小。

  • 如果大于，则尝试进行一- 次Minor GC，但这次Minor GC依然是有风险的;
  • 如果小于，则改为进行一次Full GC。
  • 如果HandlePromotionFailure=false，则改为进行一次Full GC。

​ 在JDK6 Update24之后(JDK7) ，HandlePromotionFailure参 数不会再影响到虛拟机的空间分配担保策略，观察OpenJDK中的源码变化，虽然源码中还定义了HandlePromotionFailure参数，但是在代码中已经不会再使用它。JDK6 Update24（JDK7）之后的规则变为只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小就会进行Minor GC， 否则将进行Full GC。