一、背景知识:内存类型介绍
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1、什么是 Perm Gen?
Perm Gen : Permanent Generation
Perm Gen 区是一个特殊的JVM内存区,因为它用来存储用来描述 Class 的
元数据(Class 可以不属于Java语言的一部分,也可以属于),诸如:描述类及其方法。
在大的应用中该区一会儿就满了,并抛出错误:java.lang.OutOfMemoryError: PermGen
然而无论你怎么设置 -Xmx 也不管用。
因为设置其大小的参数不是 -Xmx,而是 -XX:PermGen, -XX:MaxPermGen (不同Java版本略有变化)
2、Heap VS. Stack VS. Perm
Heap(堆内存):
使用Java语言创建的所有的引用对象类型,都在此存储。并由 GC (Garbage Collection)对其进行管理,
诸如:释放不再被程序引用的对象所占据的内存。
Stack(栈内存):
与 Heap 相对的是,Stack 存放基础数据类型。诸如:int, char 等。
由程序的执行顺序控制变量的进出栈顺序,而不是由 GC 控制栈内存的管理。
Perm(持久内存):
用于存储类的元数据。诸如:类的定义,方法的定义等。
Perm 的生命周期与 JVM 绑定,而 Heap 的生命周期与程序绑定。
二、堆内存(Heap) 与 Garbage Collection
理解 GC (Garbage Collection),需要理解 Heap 。
JVM 的 Heap 堆内存在物理上被划分为两部分:Young Gen, Old Gen
1、 JVM 内存管理之:Young Gen
所有新创建的 Object 首先被放在 Young Generation 内存区。
如果 Young Generation 内存区满了,则执行 Garbage Collection 。这种 GC 称为 Minor GC。
Young Generation 区又分为三部分: Eden Memory,Survivor0 Memory (S0),Survivor1 Memory(S1).
Young Generation 内存区要点:
1、绝大多数新建的 Object 被放在 Eden Memory
2、如果 Eden Memory 内存满了,则进行 GC 操作。
同时把未被 GC 的 Object 移动到 S0 或 S1 中。
此时 Minor GC 也会检查和移动 S0 和 S1 中的对象。
最后使 S0,S1 其中一个置为空。
3、多次 GC 后仍然未被 GC 的 Object 将被移动到 Old Gen 内存区中。
通常 Object 会被 GC 设定一个轮询的阀值。
2、 JVM 内存管理之:Old Gen
Old Gen 内存区存放了经过多次 Minor GC 后仍然不能被 GC 的 Object。
与 Young Gen 相同,当 Old Gen 区满了之后将执行 GC 操作,该操作称为:Major GC。
耗用的时间也相对较长。
stop-the-world 事件
Young Gen 和 Old Gen 都可以主动触发 stop-the-world 事件,挂起所有任务,执行 GC 操作。
被挂起的任务只有在 GC 执行完毕后,才会恢复执行。
多数情况下, GC 性能调优(GC tuning)就是指降低 stop-the-world 时 GC 执行的时间。
三、Perm Gen
JVM 在 Permanent Generation 或 Perm Gen 内存区中存放应用程序的元数据
(application metadata),用来描述类及其方法的原始信息。
注意:Perm Gen 不是 Heap 的一部分。
Perm Gen 被 JVM 使用于应用程序运行期间(runtime),基于应用所使用到的类。
Perm Gen 中同时包括 Java SE 包中的类。
Perm Gen 只有在执行 Full GC 时才会被 GC。
四、内存管理调优参数
-Xms
设置JVM启动时的堆内存(Heap)的大小
-Xmx For setting the maximum heap size.
设置堆内存(Heap)的最大值
-Xmn
设置 Young Gen 内存区的大小
-XX:PermGen
设置 Perm Gen 内存的初始大小
-XX:MaxPermGen
设置 Perm Gen 内存的最大值
-XX:SurvivorRatio
设置 Eden Gen 与 S0 Gen,S1 Gen 内存的大小比。默认值:8
例如:
Young Gen 大小为 10M,
-XX:SurvivorRatio=2
则:
Eden Gen 的大小为 5,
S0 和 S1 的大小分别为 2.5
-XX:NewRatio
设置 Old Gen / Young Gen 的值。默认:2
大部分情况下,默认值不用调。详细请参考官方文档。
五、Java内存管理之 Garbage Collection
垃圾回收 GC (Garbage Collection) 是 Java 鉴别、移出内存中不再使用的对象,
并释放其所占内存的过程。
Java 语言的一项非常好的特点就是:自动垃圾回收(Automatic GC)。
不像其它语言(例如 C 语言),需要手动释放内存。
Java 的垃圾收集器是一个在后台运行的程序,它检查所有在内存中运行的对象,
并找出那些不再在程序中的任何地方引用到的对象。
这些对象将被声明为程序运行垃圾,以释放其所占的内存,为其它对象继续使用。
GC 的运行步骤:
1、Marking(标记):
这是GC工作的第一步。鉴定出不再使用的对象,并对其进行标记。
2、Normal Deletion(一般化删除):
移除不使用的对象,并释放其所占空间。
3、Deletion with Compacting(压缩删除):
在删除所有不再使用的对象后,所有未被删除的对象将被移动到一起。
这样可以提高对 new Objects 分配内存时的性能。
这种简单的 Mark 然后 delete 的方式有两点不足:
1、不高效。新对象刚创建完,还没有被引用时就被删除了。
2、重复。那些即使一直被程序引用的对象,也要在每次的GC轮询中被检查。
Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,所有对象和数组都在堆上进行内存分配。为了进行高效的垃圾回收,虚拟机把堆内存划分成新生代、老年代和永久代(1.8中无永久代,使用metaspace实现)三块区域。
Java把内存分成两种:栈内存和堆内存。关于堆内存和栈内存的区别与联系。简单的来讲,堆内存用于存放由new创建的对象和数组,在堆中分配的内存,由java虚拟机自动垃圾回收器来管理。而栈内存由使用的人向系统申请,申请人进行管理。
堆内存初始化
Java中分配堆内存是自动初始化的,其入口位于Universe::initialize_heap方法中,相关代码如下:
其中UseParallelGC、UseG1GC、UseConcMarkSweepGC都可以通过启动参数进行设置,整个初始化过程分成三步:
1、初始化GC策略;
2、初始化分代生成器;
3、初始化Java堆管理器;
GC策略初始化
HotSpot的GC策略实现如下:
其中MarkSweepPolicy是基于标记-清除思想的GC策略,如果虚拟机启动参数没有指定GC算法,则使用默认使用UseSerialGC,以ASConcurrentMarkSweepPolicy策略为例,对GC策略的初始化过程进行分析:
调用父类ConcurrentMarkSweepPolicy构造方法,其中initialize_all定义在GenCollectorPolicy中,相关代码如下:
initialize_flags
负责对新生代、老年代以及永久代设置的内存大小进行调整。
调整永久代
由CollectorPolicy::initialize_flags实现,永久代的初始值默认为4M,最大值为64M,可以通过参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize进行重新设置。代码如下:
调整新生代
由GenCollectorPolicy::initialize_flags实现:
1、新生代的初始值NewSize默认为1M,最大值需要设置,可以通过参数-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize或-Xmn进行设置;
2、NewRatio为老年代与新生代的大小比值,默认为2;
3、SurvivorRatio为新生代中Eden和Survivor的大小比值,默认为8;
调整老年代
由TwoGenerationCollectorPolicy::initialize_flags实现
1、老年代的初始值OldSize默认为4M,可以通过参数-XX:OldSize进行设置;
2、最大堆大小MaxHeapSize默认为96M,可以通过参数-Xmx进行设置;
3、如果设置的新生代和老年代的内存容量大于MaxHeapSize,则重新设置MaxHeapSize;
initialize_size_info
设置新生代、老年代以及永久代的容量,包括初始值、最小值和最大值
设置堆容量
其中InitialHeapSize和Arguments::min_heap_size()可以通过参数-Xms进行设置。
1、设置初始堆容量_initial_heap_byte_size;
2、设置最小堆容量_min_heap_byte_size;
3、设置最大堆容量_max_heap_byte_size;
相关代码如下:
设置新生代
1、如果MaxNewSize重新设置过,即设置-Xmn参数,则根据不同情况设置max_new_size;
2、否则通过scale_by_NewRatio_aligned方法根据NewRatio和_max_heap_byte_size重新计算max_new_size值,其中NewRatio默认为2,表示新生代的大小占整个堆的1/3;
3、如果最大堆_max_heap_byte_size等于最小堆_min_heap_byte_size,则设置新生代的初始值、最小值和最大值为max_new_size,否则执行下一步。
4、如果NewSize重新设置过,即设置了-Xmn参数,则使用NewSize设置_min_gen0_size,否则使用scale_by_NewRatio_aligned方法重新计算新生代最小值和初始值,实现如下:
设置老年代
1、如果参数没有设置OldSize,则使用min_heap_byte_size() - min_gen0_size(),即最小堆大小和新生代最小值之差设置老年代最小值,初始值类似;
2、否则根据设置的OldSize,通过adjust_gen0_sizes方法重新设置新生代的最小值和初始值;
初始化分代生成器
分代生成器保存了各个内存代的初始值和最大值,新生代和老年代通过GenerationSpec实现,永久代通过PermanentGenerationSpec实现。
GenerationSpec
每个生成器GenerationSpec实例保存当前分代的GC算法、内存的初始值和最大值。
PermanentGenerationSpec
除了GenerationSpec实例中的数据,如果设置UseSharedSpaces和DumpSharedSpaces,还需要保存额外的数据。ConcurrentMarkSweepPolicy::initialize_generations方法实现了分代生成器的初始化,实现如下:
初始化Java堆管理器
GenCollectedHeap是整个Java堆的管理器,负责Java对象的内存分配和垃圾对象的回收,通过initialize方法进行初始化,相关代码如下:
1、通过GC策略的number_of_generations方法获取分代数量,如果使用ASConcurrentMarkSweepPolicy,默认分代数为2;
2、通过align方法对齐生成器的初始值和最大值;
3、通过allocate为堆申请空间;
4、通过分代生成器的init方法为对应的分代分配内存空间;
5、如果当前的GC策略为ConcurrentMarkSweepPolicy,则通过create_cms_collector创建GC线程。
到此,JVM堆内存的完整分配流程就分析完了。