一、堆概述

• 一個jvm實例（進程）只存在一個堆內存，堆也是java內存管理的核心區(qū)域。
• java 堆區(qū)在jvm啟動時即被創(chuàng)建，其空間大小也就被確定了
• 《java虛擬機規(guī)范》規(guī)定，堆可以處于物理上不連續(xù)的內存空間，但在邏輯上它應該被稱為連續(xù)的
• 所有線程共享java堆，在這里和可以劃分線程私有的緩沖區(qū)（tlab）
• 所有對象實例以及數(shù)組都應在運行時分配在堆中
• 方法結束后，堆中的對象不會馬上被移除，僅僅在垃圾收集時候才會被移除
• 堆是gc執(zhí)行垃圾回收的重點區(qū)域

1.1 堆內存細分

現(xiàn)代垃圾收集器大部分基于分代收集理論設計，堆空間細分為：

• java 7 之前堆內存邏輯分為：新生區(qū)+老年區(qū)+永久區(qū)
• java 8 之后內存邏輯上分為：新生區(qū)+老年區(qū)+元空間

使用下面命令設置堆空間初始化 10m，最大空間 10m

-Xms10m -Xmx10m

使用java visual 查看 visual gc

可以看出通過參數(shù)設置的內存大小 只與新生代（Eden+s0+s1 ），老年代有關，而在邏輯上還要加上元空間。

1.2 堆空間大小的設置

1.2.1 通過參數(shù)設置

-Xms 用來設置堆空間（年輕代+老年代）的初始內存大小
  -X 是jvm的運行參數(shù)
  ms 是memory start
  
-Xmx 用來設置堆空間（年輕代+老年代）的初始內存大小

• 一旦堆區(qū)中的內存大小超過“-Xmx”所指定的最大內存時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
• 通常會將 -Xms 和 -Xmx 兩個參數(shù)配置相同的值，其目的是為了能夠在java垃圾回收機制清理完堆區(qū)后不需要重新分隔計算堆區(qū)的大小，從而提高性能

1.2.2 默認空間大小

• 初始化內存大小為物理內存的 1/64
• 最大內存大小為物理內存大小 1/4

使用一下代碼查看 當前jvm初始化內存與最大內存

/**
 * @program: jvmDemo
 * @description:
 * @author: wfg
 * @create: 2021-06-14 10:40
 */
public class Test9 {

    public static void main(String[] args) {
        //返回jvm中的內存總量（字節(jié)）
          long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
        //虛擬機將嘗試使用最大堆內存
         long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024/1024;
        System.out.println("-Xms:"+initialMemory+"m");

        System.out.println("-Xmx:"+maxMemory+"m");


        System.out.println("系統(tǒng)大?。?+initialMemory*64/1024+"G");
        System.out.println("系統(tǒng)大?。?+maxMemory*4/1024+"G");

    }

}

結果（本機運行內存為 8g）

1.2.3 通過參數(shù)設置堆空間大小后內存不一致問題

設置300

查看

/**
 * @program: jvmDemo
 * @description:
 * @author: wfg
 * @create: 2021-06-14 10:40
 */
public class Test9 {

    public static void main(String[] args) {
        //返回jvm中的內存總量（字節(jié)）
        long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
        //虛擬機將嘗試使用最大堆內存
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
        
        System.out.println("-Xms:" + initialMemory + "m");

        System.out.println("-Xmx:" + maxMemory + "m");
        
    }

}

結果

分析

在vm參數(shù)設置里面加上

-XX:+PrintGCDetails 

再次運行程序查看

原理

新生代的s0 和 s1 只能有一個生效

1.3 年輕代與年老代

• 存儲在jvm中的java對象可以劃分為兩類：
  

一類是生命周期較短的瞬時對象。

另外一類是對象生命周期非常長。

• jvm堆區(qū)再次進行細分可以分為 年輕代與老年代
• 其中年輕代可以劃分為Eden空間，survivor0空間和survivor1空間（有時也叫 from區(qū)，to區(qū)）

• 新生代與老年代空間大小 默認是 1：2
  

可以通過 -XX：NewRation設置新生代與老年代的比例，默認值是2.（一般都不會去設置）

• Eden與s0,s1 的內存默認分配比例為 8:1:1

1.4 對象分配過程

1.new的對象先放伊甸區(qū)，此區(qū)有大小限制

2.當伊甸區(qū)滿的時候，程序需要創(chuàng)建時，jvm的垃圾回收將對伊甸園區(qū)進行垃圾回收（minor gc）

3.然后將伊甸園中的剩余對象移動到辛存者0

4.如果再次觸發(fā)垃圾回收，上次幸存下來的放到幸存者0區(qū)，沒有回收，就會放到幸存者1區(qū)

5.再次經歷垃圾回收會重新放回辛存者0區(qū)

6.當在辛存者區(qū)達到15次時，就可以去老年區(qū)了

可以設置參數(shù)：-XX：MaxTenuringThreshold=

7.當養(yǎng)老區(qū)內存不足時，再次觸發(fā)GC：major GC，進行養(yǎng)老區(qū)的內存處理

8.若養(yǎng)老區(qū)進行處理后，依然無法進行對象的保存，就會產生00m異常

java.lang.outofMemoryError:java heap space

9.總結

• 針對幸存者s0,s1區(qū)總結：復制之后有交換誰空誰是to
• 垃圾回收：頻繁在新生區(qū)收集,很少在養(yǎng)老區(qū)收集，幾乎不再永久區(qū)/元空間收集

10.流程

當Eden滿時，會觸發(fā)MinorGC算法來回收memory，旨在清理掉再無引用的數(shù)據(jù)（在內存里是Tree），意圖存儲到S0. 若此時S0也滿了，會再次MinorGC意圖回收S0無引用的數(shù)據(jù)，把有引用的數(shù)據(jù)移動到S1。如果S1夠用，此時會清空S0；如果S1滿了，會回滾剛存入S1的數(shù)據(jù)，直接把本次GC的數(shù)據(jù)存入Old區(qū)，S0保持剛剛MinorGC時的狀態(tài)。延伸：如果Old也滿了，會觸發(fā)MajorGC，如果還是不夠，則存入Permanent Generate，不幸這里也滿了，會在允許的范圍內按照內置的規(guī)則自動增長，可能不會發(fā)生GC，也可能會。當增長的量不夠存時，會觸發(fā)Full GC。若FullGC后還是不夠存，自動增長的量也超過了允許的范圍，則發(fā)生內存溢出。還有一種情況，就是分配的線程棧處于很深的遞歸或死循環(huán)時，會發(fā)生棧內存溢出。

二、對象分配過程：Tlab

2.1 為什么要有tlab

• 堆區(qū)是線程共享的，任何線程都可以訪問到堆區(qū)中的共享數(shù)據(jù)
• 由于對象實例的創(chuàng)建在jvm中非常頻繁，因此在并發(fā)環(huán)境下從堆區(qū)中劃分內存空間是不安全的
• 而加鎖會影響分配速度

2.2什么是tlab

• 從內存模型而不是垃圾收集角度，對eden區(qū)域進行劃分，jvm為每個線程分配了一個私有緩存區(qū)域
• 多線程同時分配內存時，使用tlab可以避免非線程安全問題,同時還能夠提升內存分配的吞吐量，因此我們將其稱為 快速分配策略
• jvm將tlab作為內存分配的首選
• 在程序中可以通過參數(shù)-XX:UseTLAB設置是否開啟（默認是開啟的）
• tlab僅占有eden空間大小的1%，可以通過-XX:TLABWasteTargetPercent設置tlab空間所占用eden空間的大小
• 使用tlab空間分配內存失敗時，jvm會使用加鎖機制確保操作的原子性

對象分配流程

三、堆空間常用參數(shù)設置

•  -XX:+PrintFlagsInitial: 查看所有參數(shù)的默認初始值
• -XX:+PrintFlagFinal: 查看所有參數(shù)的最終值
• -Xms:：初始化堆空間內存（默認為物理內存的1/64）
• -Xmx: 最大堆空間內存（默認為物理內存的1/4）
• -Xmn:設置新生代的大?。ǔ跏贾导白畲笾担?/li>
• -XX:NewRatio: 配置新生代與老年代在堆結構的占比
• -XX:SurvivorRatio:設置新生代中 eden和s0、s1空間的比例
• -XX:MaxTenuringThreshold:設置新生代垃圾最大的年齡
• -XX:+PrintGCDetails:輸出詳細的gc處理日志
• -XX:+PrintGC:輸出簡要的gc處理日志

四、堆是分配對象的唯一選擇嗎

1. 隨著jit編譯期的發(fā)展與逃逸分析技術成熟，棧上分配與標量替換優(yōu)化技術導致所有對象都分配到堆上不那么絕對了
2. 如果經過逃逸分析后發(fā)現(xiàn)，一個對象并沒有逃逸出方法的話，那么可能被優(yōu)化成棧上分配

4.1 逃逸分析

• 當一個對象在方法中被定義后，對象只在方法內部使用，則認為沒有發(fā)生逃逸。
• 當一個對象在方法中被定義后，被外部方法所引用，則認為發(fā)生逃逸了

判斷逃逸的方法：看new 的對象實體是否有可能在方法外被調用

4.2 代碼優(yōu)化

• 棧上分配。將堆分配轉化為棧分配。
• 同步省略。如果一個對象被發(fā)現(xiàn)只能從一個線程被訪問到，那么對于這個對象的操作可以不考慮同步
• 分離對象或標量替換。有的對象可能不需要作為一個連續(xù)的內存結構存在也可以被訪問到，那么對象的部分可以不存儲在內存，而是存儲在cpu寄存器中。
•  標量是指一個無法在分解成更小的數(shù)據(jù)，相對的其它還可以在分解的稱為聚合量
• 在jit階段進行逃逸分析，發(fā)現(xiàn)對象不會被外界訪問（沒有逃逸發(fā)生），經過jit優(yōu)化，就回把對象分解為成員變量來代替，這個過程就是標量替換

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