堆 Heap

6 堆 Heap?????????? 6.1 核心概述 一個JVM實例只存在一個堆內存，堆也是Java內存管理的核心區域。 Java 堆區在JVM啟動的時候即被創建，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JVM實例只存在一個堆內存，堆也是Java內存管理的核心區域。
• Java 堆區在JVM啟動的時候即被創建，其空間大小也就確定了。是JVM管理的最大一塊內存空間。
• 堆是GC（Garbage Collection，垃圾收集器）執行垃圾回收的重點區域。

堆內存細分

Java 7及之前堆內存邏輯上分為三部分：新生區 + 養老區 + 永久區

• Young Generation Space 新生區 Young/New
  • 又被劃分為Eden區和Survivor區
• Tenure generation space 養老區 Old/Tenure
• Permanent Space 永久區 Perm

Java 8及之后堆內存邏輯上分為三部分：新生區 + 養老區 + 元空間

• Young Generation Space 新生區 Young/New
  • 又被劃分為Eden區和Survivor區
• Tenure generation space 養老區 Old/Tenure
• Meta Space 元空間 Meta

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

6.2 設置堆內存大小與OOM

堆空間大小設置

Java堆區用于存儲Java對象實例，堆的大小在JVM啟動時就已經設定好了，大家可以通過選項"-Xmx"和"-Xms"來進行設置。

通常會將-Xms和-Xmx兩個參數配置相同的值，其目的是為了能夠在 Java垃圾回收機制清理完堆區后不需要重新分隔計算堆區的大小，從而提高性能。

默認情況下

• 初始內存大小：物理電腦內存大小 / 64
• 最大內存大小：物理電腦內存大小 / 4

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

查看設置的參數

• 方式1：jps / jstat -gc 進程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對象，這類對象的創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-XX:NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整個堆的1/3

幾乎所有的 Java對象都是在Eden區被new出來的。絕大部分的Java對象的銷毀都在新生代進行了。

6.4 圖解對象分配過程

1.  new的對象先放伊甸園區。此區有大小限制。 
2.  當伊甸園的空間填滿時，程序又需要創建對象，JVM的垃圾回收器將對伊甸園區進行垃圾回收（MinorGC），將伊甸園區中的不再被其他對象所引用的對象進行銷毀。再加載新的對象放到伊甸園區。 
3.  然后將伊甸園中的剩余對象移動到幸存者0區。 
4.  如果再次觸發垃圾回收，此時上次幸存下來的放到幸存者0區的，如果沒有回收，就會放到幸存者1區。 
5.  如果再次經歷垃圾回收，此時會重新放回幸存者0區，接著再去幸存者1區。 
?
6.  啥時候能去養老區呢？可以設置次數。默認是15次。 
  ○ 可以設置參數：進行設置-Xx:MaxTenuringThreshold= N
7.  在養老區，相對悠閑。當養老區內存不足時，再次觸發GC：Major GC，進行養老區的內存清理 
8.  若養老區執行了Major GC之后，發現依然無法進行對象的保存，就會產生OOM異常。 

• 伊甸園區的對象先往to區放（空的）

• 年齡計數器達到15晉升老年代

• 總結

  • 針對幸存者s0，s1區的總結：復制之后有交換，誰空誰是to
  • 關于垃圾回收：頻繁在新生區收集，很少在老年代收集，幾乎不再永久代和元空間進行收集

流程圖

常用調優工具（在JVM下篇：性能監控與調優篇會詳細介紹）

• 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在進行GC時，并非每次都對上面三個內存區域一起回收的，大部分時候回收的都是指新生代。

針對Hotspot VM的實現，它里面的GC按照回收區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會有單獨收集老年代的行為。
• • • 注意，很多時候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java堆和方法區的垃圾收集。

6.6 堆空間分代思想

分代的唯一理由就是優化GC性能。

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

6.7 內存分配策略

針對不同年齡段的對象分配原則如下所示：

• 優先分配到Eden
• 大對象直接分配到老年代（盡量避免程序中出現過多的大對象）
• 長期存活的對象分配到老年代
• 動態對象年齡判斷：如果survivor區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入老年代，無須等到MaxTenuringThreshold中要求的年齡。
• 空間分配擔保： -XX:HandlePromotionFailure

6.8 為對象分配內存：TLAB

6.9 小結：堆空間的參數設置

// 詳細的參數內容會在JVM下篇：性能監控與調優篇中進行詳細介紹，這里先熟悉下
-XX:+PrintFlagsInitial ?//查看所有的參數的默認初始值
-XX:+PrintFlagsFinal ?//查看所有的參數的最終值（可能會存在修改，不再是初始值）
-Xms ?//初始堆空間內存（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 ?//設置新生代的大小。（初始值及最大值）
-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 ?//設置新生代垃圾的最大年齡
-XX:+PrintGCDetails //輸出詳細的GC處理日志
//打印gc簡要信息：①-Xx：+PrintGC ② - verbose:gc
-XX:HandlePromotionFalilure：//是否設置空間分配擔保

堆是分配對象的唯一選擇么？

在Java虛擬機中，對象是在Java堆中分配內存的，這是一個普遍的常識。

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