第八章堆_Java

1、堆的核心概述

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆也是内存管理的核心区域。
Java堆区在JVM启动的时候被创建，其空间大小也确定好了。堆是JVM管理的最大一块内存空间。（堆内存的大小是可以调节的，启动java程序时使用-Xms -Xmx参数即可）
《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，但在逻辑上，它应该被视为连续的。
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）
《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运行时分配在堆上。
数组和对象可能永远不会存储在栈上，因为栈中只会保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置。
在方法结束后，堆中的对象不会马上被移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除。
堆，是GC（Garbage Collection，垃圾收集器）执行垃圾回收的重点区域。
现代垃圾收集器大部分都基于分代收集理论设计，堆空间可细分为：
- Java7及之前堆内逻辑分为三个部分：新生区、养老区、永久区
- Java8及之后内存逻辑分为三个部分：新生区、养老区、元空间

2、设置堆内存大小与OOM

Java堆区用于存储Java对象实例，那么堆的大小在启动JVM的时候就已经确定好了，我们也可以通过-Xms和-Xmx来进行设置堆空间（年轻代+老年代）
- -Xms用于表示堆区的起始内存，等价于-XX:InitialHeapSize
- -Xmx则用于表示堆区的最大内存，等价于-XX:MaxHeapSize
一旦堆区的内存大小超过“-Xmx”所指定的最大内存时，将会抛出OutOfMemory异常
通常会将-Xms和-Xmx两个参数配置相同的值，其目的是为了能够在java垃圾回收机制清理完堆区后不需要重新分配计算堆区的大小，从而提高性能。
默认情况下，初始内存大小：物理内存大小/64、最大内存大小：物理内存大小/4
堆内存查看方式：
- jps ｜ jstat -gc pid
- -XX:+PrintGCDetails
OOM的举例与说明：

3、年轻代和老年代

存储在JVM中的Java对象可以被划分为两类：

一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速
另一类对象的生命周期较长，在某些极端情况下还能够与JVM的生命周期保持一致。

JVM堆区进一步划分的话，还可以划分为年轻代（YoungGen）和老年代（OldGen）。其中年轻代又可以划分为Eden空间、Survivor0空间和Survivor1空间（有时也叫做from区，to区）。
NewRatio：设置新生代和老年代的比例，默认值是2，即新生代:老年代 = 2
通过 jinfo 来查看当前比例：
在HotSpot中，Eden空间和另外Survivor空间缺省所占比例是8:1:1，开发人员可以通过选项“-XX:SurvivorRation”调整这个空间比例。
几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的。
绝大部分的Java对象的销毁都在新生代进行
可以使用选项“-Xmn”设置新生代最大内存大小。

4、对象分配过程

new的对象先放伊甸园区。此区有大小限制。
当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区。并将伊甸园中的剩余对象移动到幸存者0区
如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者0区的，如果没有回收，就会放到幸存者1区。触发垃圾回收后在伊甸园区幸存下来的对象也会放到1区
如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回0区，接着再去幸存者1区。
经历15次转移的对象，会被放到养老区。也可以通过选项“-XX:MaxTenuringThread=”进行设置

5、Minor GC、Major GC、Full GC

JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存区域（新生代、老年代、方法区）一起回收，大部分都是在新生代进行回收。

针对HotSpot VM的实现， GC按照回收区域又分为两大类型：部分收集（Partial GC）和整堆收集（Full GC）。

部分收集：
- 新生代收集（Minor GC / Young GC），只针对新生代进行垃圾收集
- 老年代收集（Major GC / Old GC），只针对老年代的垃圾收集
  - 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 和 Full GC会混淆，具体分辨就看是老年代回收还是整堆回收
- 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代和部分老年代的垃圾回收
  - 目前只有G1 GC会有这种行为
整堆收集：收集整个java堆和方法区的垃圾收集。

年轻代GC的触发机制：

当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代指的是Eden满，Survior满不会引发GC。
因为Java中对象大多是朝生夕死的，所以Minor GC非常频繁，而且一般回收速度也较快。
Minor GC会触发STW，暂停其他用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。

老年代GC触发机制：

指发生在老年代的GC，对象从老年代消失时，我们说“Major GC”或“Full GC”发生了
出现Major GC，一般至少会发生一次Minor GC（并非绝对的，Parallel Scavenge收集器的收集策略中就有直接进行Major GC的过程）
Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上，STW时间更长
如果Major GC后，内存还不够，就会OOM

Full GC触发机制：

调用System.gc()，系统建议执行Full GC，但是不是必然执行的。
老年代空间不足
方法区空间不足
...

说明：full gc是开发或调优中尽量要避免的，这样STW的时间更短一些。

6、堆空间分代思想

为什么要进行分代？不分代就不能正常工作吗？

经研究，不同对象的生命周期不同，70%-99%的对象都是临时对象
- 新生代：有Eden区和两块survivor区，其中to区总为空
- 老年代：存放新生代中多次GC后还存活的对象、或者新生代中放不下的对象
不分代也是完全可以的，分代只是为了优化GC性能。如果不进行分代，所有对象都在一个空间里，每次进行垃圾回收都要把全部对象都检查一遍，影响性能。分代之后，由于大部分对象都是朝生夕死的，所以在创建对象的新生区进行频繁的Minor GC是合理的，而多次GC后仍然存活的对象预计是长期存在的，所以存放到老年区，这样这一部分对象就不会被频繁地检查了。

7、内存分配策略

如果对象在Eden出生并经过一次Minor GC后仍然存活，并且能被survivor容纳的话，将被移动到survivor空间，并将对象年龄设为1。对象每经过一次Minor GC并存活下来后，年龄都会加1。当增长到一定程度之后，将会晋升至老年区。

对象晋升老年区的阈值，可以通过：-XX:MaxTenuringThreshold来设置

不同年龄段对象分配原则：

优先分配到Eden
大对象直接分配到老年代
- 尽量避免出现太大的对象
长期存活的对象分配到老年代
动态对象年龄判断
- 如果Survivor区中相同年龄的对象大小的总和大于Survivor空间的一半，大于等于该年龄的对象可以直接进入老年区，无需等到MaxTenuringThreshold设定的值
空间分配担保
- -XX:HandlePromotionFailure

8、TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

为什么要有TLAB？

堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据
在并发环境下，从堆区读写数据是线程不安全的。
为避免多个线程操作同一地址的数据，需要使用加锁等机制，影响分配速度

什么是TLAB？

从内存模型而不是垃圾收集的角度，对Eden区继续进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域，它包含在Eden空间中。
多线程同时分配内存时，可以避免线程安全问题，同时还能提高内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配方式称为快速分配策略

第八章 堆

Java相关栏目本月热门文章

第八章堆