jvm 03-java堆内存模型

• java中最大的特点在于其具备良好的垃圾收集特性
• GC是整个java之中最重要的安全保证
• 整个JVM中的GC的处理机制：对不需要的对象进行标记，而后进行清除

JVM堆内存划分

• 在JDK1.8之后，将最初的永久带内存空间取消了，该图为JDK1.8之前的内存空间组成
• 取消永久代目的是为了将HotSpot于JRockit两个虚拟机标准联合为一个
• 在整个JVM堆内存之中实际上将内存分为了三部分：
  • 新生带（年轻代）：新对象和没达到一定年龄的对象都在年轻代
  • 老年代：被长时间使用的对象，老年代的内存空间应该要比年轻代更大
  • 元空间（JDK1.8之前叫永久代）：像一些方法中的操作临时对象等，JDK1.8之前是占用JVM内存，JDK1.8之后直接使用物理内存

GC流程

• 基本所有数据都会保存在JVM的堆内存之中
• 对于整个的GC流程里面，最需要处理的事年轻代与老年代的内存清理操作
• 元空间（永久代）都不在GC范围内

具体流程：

1. 当现在有一个新的对象产生，JVM需要为该对象进行内存空间的申请
2. 先判断Eden区是否有内存空间，如果有，直接将新对象保存在Eden区
3. 如果Eden区的内存空间不足，会自动执行一个Minor GC操作，将Eden区的无用内存空间进行清理
4. 清理Eden区之后继续判断Eden区内存空间情况，如果充足，则将新对象直接保存在Eden区
5. 如果执行了Minor GC之后发现Eden区的内存依然不足，那就判断存活区的内存空间，并将Eden区的部分活跃对象保存在存活区
6. 活跃对象迁移到存活区后，继续判断Eden区内存空间情况，如果充足，则将新对象直接保存在Eden区
7. 如果存活区也没有空间了，则继续判断老年区，如果老年区充足，则将存活区的部分活跃对象保存在老年区
8. 存活区的活跃对象迁移到老年区后，则将Eden区的部分活跃对象保存在存活区
9. 活跃对象迁移到存活区后，继续判断Eden区内存空间情况，如果充足，则将新对象直接保存在Eden区
10. 如果老年区也满了，这时候产生Major GC（Full GC）进行老年区的内存清理
11. 如果老年区执行了Major GC之后发现无法进行对象保存，会产生OutOfMemoryError异常

堆内存参数调整（调优关键）

• 实际上每一块子内存区中都会存在有一部分的可变伸缩区
• 如果空间不足时，则在可变范围之内扩大内存空间
• 当一段时间后，内存空间有余，再将可变空间进行释放

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堆内存空间调整参数

• -Xms：设置初始分配大小，默认为物理内存的1/64
• -Xmx：最大分配内存，默认为物理内存的1/4
• -XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
• -XX:+PrintGCTimeStamps：输出GC的时间戳信息
• -XX:+PrintGCDateStamps：输出GC的时间戳信息（以日期的形式）
• -XX:+PrintHeapAtGC：在GC进行处理的前后打印堆内存信息
• -Xloggc:(SavePath)：设置日志信息保存文件
• 在堆内存的调整策略中，基本上只要调整两个参数：-Xms和-Xmx

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可通过Runtime类获取内存的整体信息

代码如下：

package cn.liang.jvm;
public class memoryTest {
	public static void main(String[] args) {
		Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
		long maxMemory = runtime.maxMemory();
		long totalMemory = runtime.totalMemory();
		System.out.println("max_memory=" + maxMemory /(double)1024/1024 + "M");
		System.out.println("total_memory=" + totalMemory /(double)1024/1024 + "M");
	}
}

输出结果：

max_memory=3641.0M
total_memory=245.5M

说明整个内存空间的可变范围（伸缩区）：245.5M ~ 3641.0M之间，有可能造成整个程序的性能

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为了避免伸缩区的可调策略，使初始化内存等于最大内存，从而提升整个程序性能

输出结果：

max_memory=981.5M
total_memory=981.5M
Heap
 PSYoungGen      total 305664K, used 15729K [0x00000007aab00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 262144K, 6% used [0x00000007aab00000,0x00000007aba5c420,0x00000007bab00000)
  from space 43520K, 0% used [0x00000007bd580000,0x00000007bd580000,0x00000007c0000000)
  to   space 43520K, 0% used [0x00000007bab00000,0x00000007bab00000,0x00000007bd580000)
 ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x0000000780000000, 0x00000007aab00000, 0x00000007aab00000)
  object space 699392K, 0% used [0x0000000780000000,0x0000000780000000,0x00000007aab00000)
 Metaspace       used 2708K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 293K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

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观察GC的触发操作

代码如下：

package cn.liang.jvm;
import java.util.Random;
public class gctest {
	public static void main(String[] args) {
		Random random = new Random();
		String str = "hello liang";
		while (true) {
			str +=str + random.nextInt(99999999);
			str.intern();	
		}			
	}
}

输出结果：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1769K->511K(2560K)] 1769K->775K(9728K), 0.0015982 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2374K->240K(2560K)] 2638K->1119K(9728K), 0.0011725 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2100K->256K(2560K)] 7841K->5996K(9728K), 0.0005402 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 256K->240K(2560K)] 5996K->5980K(9728K), 0.0005811 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 240K->0K(2560K)] [ParOldGen: 5740K->3925K(7168K)] 5980K->3925K(9728K), [Metaspace: 2662K->2662K(1056768K)], 0.0064126 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 41K->32K(2560K)] 6397K->6388K(9728K), 0.0003653 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 32K->32K(1536K)] 6388K->6388K(8704K), 0.0003294 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 32K->0K(1536K)] [ParOldGen: 6356K->2710K(7168K)] 6388K->2710K(8704K), [Metaspace: 2662K->2662K(1056768K)], 0.0035285 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 19K->0K(2048K)] 5160K->5140K(9216K), 0.0004489 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] 5140K->5140K(9216K), 0.0003114 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] [ParOldGen: 5140K->5140K(7168K)] 5140K->5140K(9216K), [Metaspace: 2662K->2662K(1056768K)], 0.0030502 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] 5140K->5140K(9216K), 0.0003198 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] [ParOldGen: 5140K->5127K(7168K)] 5140K->5127K(9216K), [Metaspace: 2662K->2662K(1056768K)], 0.0039555 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332)
	at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(AbstractStringBuilder.java:124)
	at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:448)
	at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:136)
	at cn.liang.jvm.gctest.main(gctest.java:11)
Heap
 PSYoungGen      total 2048K, used 40K [0x00000007bfd00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 1024K, 3% used [0x00000007bfd00000,0x00000007bfd0a120,0x00000007bfe00000)
  from space 1024K, 0% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe00000,0x00000007bff00000)
  to   space 1024K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007c0000000)
 ParOldGen       total 7168K, used 5127K [0x00000007bf600000, 0x00000007bfd00000, 0x00000007bfd00000)
  object space 7168K, 71% used [0x00000007bf600000,0x00000007bfb01c78,0x00000007bfd00000)
 Metaspace       used 2693K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 292K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

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日后如果发现你的程序执行速度变慢了，可以针对程序的运行内存进行分析

• 可视化工具：..Javajdk1.8.0_131injvisualvm.exe
• 命令查看：jmap（jmap -heap JavaPID）