堆內(nèi)存

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一塊內(nèi)存空間，主要用于存放各種類的實(shí)例對(duì)象。
在 Java 中，堆被劃分成兩個(gè)不同的區(qū)域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被劃分為三個(gè)區(qū)域：Eden、From Survivor、To?Survivor。
這樣劃分的目的是為了使 JVM 能夠更好的管理堆內(nèi)存中的對(duì)象，包括內(nèi)存的分配以及回收。
堆的內(nèi)存模型大致為：



從圖中可以看出：?堆大小 = 新生代 + 老年代。其中，堆的大小可以通過(guò)參數(shù) –Xms、-Xmx 來(lái)指定。
本人使用的是 JDK1.6，以下涉及的 JVM 默認(rèn)值均以該版本為準(zhǔn)。
默認(rèn)的，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ( 該值可以通過(guò)參數(shù) –XX:NewRatio 來(lái)指定 )，即：新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空間大小。
老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空間大小。其中，新生代 ( Young ) 被細(xì)分為 Eden 和 兩個(gè) Survivor 區(qū)域，這兩個(gè) Survivor 區(qū)域分別被命名為 from 和 to，以示區(qū)分。
默認(rèn)的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通過(guò)參數(shù) –XX:SurvivorRatio 來(lái)設(shè)定 )，即：?Eden = 8/10 的新生代空間大小，from = to = 1/10 的新生代空間大小。
JVM 每次只會(huì)使用 Eden 和其中的一塊 Survivor 區(qū)域來(lái)為對(duì)象服務(wù)，所以無(wú)論什么時(shí)候，總是有一塊 Survivor 區(qū)域是空閑著的。
因此，新生代實(shí)際可用的內(nèi)存空間為 9/10 ( 即90% )的新生代空間。

GC 堆

Java 中的堆也是 GC 收集垃圾的主要區(qū)域。GC 分為兩種：Minor GC、Full GC ( 或稱為 Major GC )。
Minor GC 是發(fā)生在新生代中的垃圾收集動(dòng)作，所采用的是復(fù)制算法。
新生代幾乎是所有 Java 對(duì)象出生的地方，即 Java 對(duì)象申請(qǐng)的內(nèi)存以及存放都是在這個(gè)地方。Java 中的大部分對(duì)象通常不需長(zhǎng)久存活，具有朝生夕滅的性質(zhì)。
當(dāng)一個(gè)對(duì)象被判定為 "死亡" 的時(shí)候，GC 就有責(zé)任來(lái)回收掉這部分對(duì)象的內(nèi)存空間。新生代是 GC 收集垃圾的頻繁區(qū)域。
當(dāng)對(duì)象在 Eden ( 包括一個(gè) Survivor 區(qū)域，這里假設(shè)是 from 區(qū)域 ) 出生后，在經(jīng)過(guò)一次 Minor GC 后，如果對(duì)象還存活，并且能夠被另外一塊 Survivor 區(qū)域所容納
( 上面已經(jīng)假設(shè)為 from 區(qū)域，這里應(yīng)為 to 區(qū)域，即 to 區(qū)域有足夠的內(nèi)存空間來(lái)存儲(chǔ) Eden 和 from 區(qū)域中存活的對(duì)象 )，則使用復(fù)制算法將這些仍然還存活的對(duì)象復(fù)制到另外一塊 Survivor 區(qū)域 ( 即 to 區(qū)域 ) 中，然后清理所使用過(guò)的 Eden 以及 Survivor 區(qū)域 ( 即 from 區(qū)域 )，并且將這些對(duì)象的年齡設(shè)置為1，以后對(duì)象在 Survivor 區(qū)每熬過(guò)一次 Minor GC，就將對(duì)象的年齡 + 1，當(dāng)對(duì)象的年齡達(dá)到某個(gè)值時(shí) ( 默認(rèn)是 15 歲，可以通過(guò)參數(shù) -XX:MaxTenuringThreshold 來(lái)設(shè)定 )，這些對(duì)象就會(huì)成為老年代。
但這也不是一定的，對(duì)于一些較大的對(duì)象 ( 即需要分配一塊較大的連續(xù)內(nèi)存空間 ) 則是直接進(jìn)入到老年代。
Full GC 是發(fā)生在老年代的垃圾收集動(dòng)作，所采用的是標(biāo)記-清除算法。
現(xiàn)實(shí)的生活中，老年代的人通常會(huì)比新生代的人 "早死"。堆內(nèi)存中的老年代(Old)不同于這個(gè)，老年代里面的對(duì)象幾乎個(gè)個(gè)都是在 Survivor 區(qū)域中熬過(guò)來(lái)的，它們是不會(huì)那么容易就 "死掉" 了的。因此，Full GC 發(fā)生的次數(shù)不會(huì)有 Minor GC 那么頻繁，并且做一次 Full GC 要比進(jìn)行一次 Minor GC 的時(shí)間更長(zhǎng)。
另外，標(biāo)記-清除算法收集垃圾的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生許多的內(nèi)存碎片 ( 即不連續(xù)的內(nèi)存空間 )，此后需要為較大的對(duì)象分配內(nèi)存空間時(shí)，若無(wú)法找到足夠的連續(xù)的內(nèi)存空間，就會(huì)提前觸發(fā)一次 GC 的收集動(dòng)作。

GC 日志

public?static?void?main(String[]?args)?{
????Object?obj?=?new?Object();
????System.gc();
????System.out.println();
????obj?=?new?Object();
????obj?=?new?Object();
????System.gc();
????System.out.println();
}
設(shè)置 JVM 參數(shù)為 -XX:+PrintGCDetails，使得控制臺(tái)能夠顯示 GC 相關(guān)的日志信息，執(zhí)行上面代碼，下面是其中一次執(zhí)行的結(jié)果。





Full GC 信息與 Minor GC 的信息是相似的，這里就不一個(gè)一個(gè)的畫出來(lái)了。
從 Full GC 信息可知，新生代可用的內(nèi)存大小約為 18M，則新生代實(shí)際分配得到的內(nèi)存空間約為 20M(為什么是 20M? 請(qǐng)繼續(xù)看下面...)。老年代分得的內(nèi)存大小約為 42M，堆的可用內(nèi)存的大小約為 60M。可以計(jì)算出： 18432K ( 新生代可用空間 ) + 42112K ( 老年代空間 ) = 60544K ( 堆的可用空間 )
新生代約占堆大小的 1/3，老年代約占堆大小的 2/3。也可以看出，GC 對(duì)新生代的回收比較樂(lè)觀，而對(duì)老年代以及方法區(qū)的回收并不明顯或者說(shuō)不及新生代。
并且在這里 Full GC 耗時(shí)是 Minor GC 的 22.89 倍。

JVM 參數(shù)選項(xiàng)

jvm 可配置的參數(shù)選項(xiàng)可以參考 Oracle 官方網(wǎng)站給出的相關(guān)信息： http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html
下面只列舉其中的幾個(gè)常用和容易掌握的配置選項(xiàng)：

?-Xms	?初始堆大小。如：-Xms256m
?-Xmx	?最大堆大小。如：-Xmx512m
?-Xmn	?新生代大小。通常為 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 個(gè) Survivor 空間。實(shí)際可用空間為 = Eden + 1 個(gè) Survivor，即 90% ?
?-Xss	?JDK1.5+ 每個(gè)線程堆棧大小為 1M，一般來(lái)說(shuō)如果棧不是很深的話， 1M 是絕對(duì)夠用了的。
?-XX:NewRatio	?新生代與老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，則新生代占整個(gè)堆空間的1/3，老年代占2/3
?-XX:SurvivorRatio	?新生代中 Eden 與 Survivor 的比值。默認(rèn)值為 8。即 Eden 占新生代空間的 8/10，另外兩個(gè) Survivor 各占 1/10 ?
?-XX:PermSize	?永久代(方法區(qū))的初始大小
?-XX:MaxPermSize	?永久代(方法區(qū))的最大值
?-XX:+PrintGCDetails	?打印 GC 信息
?-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError	?讓虛擬機(jī)在發(fā)生內(nèi)存溢出時(shí) Dump 出當(dāng)前的內(nèi)存堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照，以便分析用

?1?/**
?2??-Xms60m
?3??-Xmx60m
?4??-Xmn20m
?5??-XX:NewRatio=2?(?若 Xms = Xmx, 并且設(shè)定了 Xmn, 那么該項(xiàng)配置就不需要配置了?)
?6??-XX:SurvivorRatio=8
?7??-XX:PermSize=30m
?8??-XX:MaxPermSize=30m
?9??-XX:+PrintGCDetails
10??*/
11?public?static?void?main(String[]?args)?{
12?????new?Test().doTest();
13?}
14?
15?public?void?doTest(){
16?????Integer M?=?new?Integer(1024?*?1024?*?1);??//單位,?兆(M)
17?????byte[]?bytes?=?new?byte[1?*?M];?//申請(qǐng)?1M?大小的內(nèi)存空間
18?????bytes?=?null;??//斷開引用鏈
19?????System.gc();???//通知?GC?收集垃圾
20?????System.out.println();
21?????bytes?=?new?byte[1?*?M];??//重新申請(qǐng)?1M?大小的內(nèi)存空間
22?????bytes?=?new?byte[1?*?M];??//再次申請(qǐng)?1M?大小的內(nèi)存空間
23?????System.gc();
24?????System.out.println();
25?}
按上面代碼中注釋的信息設(shè)定 jvm 相關(guān)的參數(shù)項(xiàng)，并執(zhí)行程序，下面是一次執(zhí)行完成控制臺(tái)打印的結(jié)果：

[ GC?[ PSYoungGen: ?1351K -> 288K (18432K) ] ?1351K -> 288K (59392K),?0.0012389?secs ] ?[ Times:?user=0.00?sys=0.00,?real=0.00?secs ]?
[ Full?GC?(System) ?[ PSYoungGen: ?288K -> 0K (18432K) ] ?[ PSOldGen: ?0K -> 160K (40960K) ] ?288K -> 160K (59392K) ?[ PSPermGen: ?2942K -> 2942K (30720K) ], ?0.0057649?secs ]?[ Times: ?user=0.00 ?sys=0.00, ?real=0.01?secs ]?

[ GC?[ PSYoungGen: ?2703K -> 1056K (18432K) ] ?2863K -> 1216K(59392K), ?0.0008206?secs ] ?[ Times:?user=0.00?sys=0.00,?real=0.00?secs ]?
[ Full?GC?(System) ?[ PSYoungGen: ?1056K -> 0K (18432K) ] ?[ PSOldGen: ?160K -> 1184K (40960K) ] ?1216K -> 1184K (59392K) ?[ PSPermGen: ?2951K -> 2951K (30720K) ],?0.0052445?secs ] ?[ Times:?user=0.02?sys=0.00,?real=0.01?secs ]?

Heap
?PSYoungGen??????total?18432K,?used?327K?[0x00000000fec00000,?0x0000000100000000,?0x0000000100000000)
??eden?space?16384K,?2%?used?[0x00000000fec00000,0x00000000fec51f58,0x00000000ffc00000)
??from?space?2048K,?0%?used?[0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x0000000100000000)
??to???space?2048K,?0%?used?[0x00000000ffc00000,0x00000000ffc00000,0x00000000ffe00000)
?PSOldGen????????total?40960K,?used?1184K?[0x00000000fc400000,?0x00000000fec00000,?0x00000000fec00000)
??object?space?40960K,?2%?used?[0x00000000fc400000,0x00000000fc5281f8,0x00000000fec00000)
?PSPermGen???????total?30720K,?used?2959K?[0x00000000fa600000,?0x00000000fc400000,?0x00000000fc400000)
??object?space?30720K,?9%?used?[0x00000000fa600000,0x00000000fa8e3ce0,0x00000000fc400000)
從打印結(jié)果可以看出，堆中新生代的內(nèi)存空間為 18432K ( 約 18M )，eden 的內(nèi)存空間為 16384K ( 約 16M)，from / to survivor 的內(nèi)存空間為 2048K ( 約 2M)。
這里所配置的 Xmn 為 20M，也就是指定了新生代的內(nèi)存空間為 20M，可是從打印的堆信息來(lái)看，新生代怎么就只有 18M 呢? 另外的 2M 哪里去了??
別急，是這樣的。新生代 = eden + from + to = 16 + 2 + 2 = 20M，可見新生代的內(nèi)存空間確實(shí)是按 Xmn 參數(shù)分配得到的。
而且這里指定了 SurvivorRatio = 8，因此，eden = 8/10 的新生代空間 = 8/10 * 20 = 16M。from = to = 1/10 的新生代空間 = 1/10 * 20 = 2M。
堆信息中新生代的 total 18432K 是這樣來(lái)的： eden + 1 個(gè) survivor = 16384K + 2048K = 18432K，即約為 18M。
因?yàn)?jvm 每次只是用新生代中的 eden 和 一個(gè) survivor，因此新生代實(shí)際的可用內(nèi)存空間大小為所指定的 90%。
因此可以知道，這里新生代的內(nèi)存空間指的是新生代可用的總的內(nèi)存空間，而不是指整個(gè)新生代的空間大小。
另外，可以看出老年代的內(nèi)存空間為 40960K ( 約 40M )，堆大小 = 新生代 + 老年代。因此在這里，老年代 = 堆大小 - 新生代 = 60 - 20 = 40M。
最后，這里還指定了 PermSize = 30m，PermGen 即永久代 ( 方法區(qū) )，它還有一個(gè)名字，叫非堆，主要用來(lái)存儲(chǔ)由 jvm 加載的類文件信息、常量、靜態(tài)變量等。

打個(gè)盹，回到 doTest() 方法中，可以看到代碼在第 17、21、22 這三行中分別申請(qǐng)了一塊 1M 大小的內(nèi)存空間，并在 19 和 23 這兩行中分別顯式的調(diào)用了 System.gc()。從控制臺(tái)打印的信息來(lái)看，每次調(diào) System.gc()，是先進(jìn)行 Minor GC，然后再進(jìn)行 Full GC。
第 19 行觸發(fā)的 Minor GC 收集分析：
從信息 PSYoungGen : ?1351K -> 288K，可以知道，在第 17 行為 bytes 分配的內(nèi)存空間已經(jīng)被回收完成。
引起 GC 回收這 1M 內(nèi)存空間的因素是第 18 行的 bytes = null; ? bytes 為 null 表明之前申請(qǐng)的那 1M 大小的內(nèi)存空間現(xiàn)在已經(jīng)沒有任何引用變量在使用它了，
并且在內(nèi)存中它處于一種不可到達(dá)狀態(tài) ( 即沒有任何引用鏈與 GC Roots 相連 )。那么，當(dāng) Minor GC 發(fā)生的時(shí)候，GC 就會(huì)來(lái)回收掉這部分的內(nèi)存空間。
第 19 行觸發(fā)的 Full GC 收集分析：
在 Minor GC 的時(shí)候，信息顯示 PSYoungGen : ?1351K -> 288K，再看看 Full GC 中顯示的 PSYoungGen : ?288K -> 0K，可以看出，Full GC 后，新生代的內(nèi)存使用變成
0K 了 ( 0K，零 K，有沒有人看成是英文的 OK 的 ? 好吧。我承認(rèn)我第一次看的時(shí)候以為是英文的 OK，當(dāng)時(shí)還特意在控制臺(tái)打印 0K 和 OK 來(lái)確認(rèn)。最后發(fā)現(xiàn)英文的 O 長(zhǎng)得比阿拉伯?dāng)?shù)字的 0 要豐滿和胖一些。現(xiàn)在印象還是比較深刻的。好像。。我跑題了 ~~ )
剛剛說(shuō)到 Full GC 后，新生代的內(nèi)存使用從 288K 變成 0K 了，那么這 288K 到底哪去了 ? 難道都被 GC 當(dāng)成垃圾回收掉了 ? 當(dāng)然不是了。我還特意在 main 方法中 new 了一個(gè) Test 類的實(shí)例，這里的 Test 類的實(shí)例屬于小對(duì)象，它應(yīng)該被分配到新生代內(nèi)存當(dāng)中，現(xiàn)在還在調(diào)用這個(gè)實(shí)例的 doTest 方法呢，GC 不可能在這個(gè)時(shí)候來(lái)回收它的。
接著往下看 Full GC 的信息，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很有趣的現(xiàn)象，PSOldGen: ?0K ?-> 160K，可以看到，Full GC 后，老年代的內(nèi)存使用從 0K 變成了 160K，想必你已經(jīng)猜到大概是怎么回事了。當(dāng) Full GC 進(jìn)行的時(shí)候，默認(rèn)的方式是盡量清空新生代 ( YoungGen )，因此在調(diào) System.gc() 時(shí)，新生代 ( YoungGen ) 中存活的對(duì)象會(huì)提前進(jìn)入老年代。
第 23 行觸發(fā)的 Minor GC 收集分析：
從信息 PSYoungGen : ?2703K -> 1056K，可以知道，在第 21 行創(chuàng)建的，大小為 1M 的數(shù)組被 GC 回收了。在第 22 行創(chuàng)建的，大小也為 1M 的數(shù)組由于 bytes 引用變量還在引用它，因此，它暫時(shí)未被 GC 回收。?
第 23 行觸發(fā)的 Full GC 收集分析：
在 Minor GC 的時(shí)候，信息顯示 PSYoungGen : ?2703K -> 1056K，Full GC 中顯示的 PSYoungGen : ?1056K -> 0K，以及 PSOldGen: ?160K -> 1184K，可以知道，新生代 ( YoungGen ) 中存活的對(duì)象又提前進(jìn)入老年代了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java 堆内存模型的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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