堆和堆参数调优

一、再议永久代和方法区

　　上一篇提到：在8版本以前，JVM采用堆空间的一部分实现方法区，这部分堆空间被称为“永久代”，由于类的结构信息和运行时常量池是放在方法区的，使用永久代实现方法区容易导致堆内存溢出。在8版本推出以后，Java采用了堆外内存即本机物理内存实现方法区，我们把这部分空间称为“元空间”。

　　

　　

二、堆内存

　　众所周知，当线程new了一个对象后，对象的引用变量存放在栈针中，而对象本身存储在堆内存中，如果大量的对象存储在堆内存而无法被GC回收，那么将导致OOM错误，那么堆空间多大呢？GC的工作流程是什么样呢？可以设置堆空间大小吗？可以选择GC工作方式吗？

　　1、堆内存结构以及GC过程：

　　

 　　新生代空间：老年代空间 = 1 : 3，而其中新生代中Eden ： from ：to区域=8:1:1

　　新生代是实例对象诞生的区域，也是绝大多数实例对象消亡的区域，新生代分为两个区域：Eden区和Survivor区，Survivor区又分为SurvivorFrom区和SurvivorTo区。所有的对象都是在Eden区被new出来的。当Eden区满时会触发第一次GC，把幸存下来的对象会被 “复制”到From区 。如果Eden区再此触发GC，此时GC会扫描Eden区和From区，对这两个区域进行垃圾回收，经过这次回收后将Eden和From中还存活的对象会直接复制到To区，并为这些对象的“年龄”+1。 

　　在完成复制后，清空Eden和From区的对象。完成清空后，将From去和To去对换，哪个区域为空哪个区域作To区，所以必须这两块区域的大小是一样的。完成互换后，下一次触发GC继续扫描Eden和From区，并再次幸存对象放入To区，清空Eden和From区，然后交换From和To，谁空谁作To，为下一次垃圾回收扫描做准备。当一个对象在From区To区来回复制，“年龄”不断增长始终无法被回收时，一旦“年龄”达到MaxTenuringThreshold的默认值15，此对象就会进入老年代。

　　由于每次清空后都会执行From区和To区的调换，所以From区存的下的内容，To区也必须存的下，因此双方的空间大小要一致。也因为每次都是存有对象的幸存区作为From区，因此在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为From的Survivor区，Survivor区的To区是空的。所以当GC执行时，Eden区的所有存活对象都会被赋值到To区，而在From区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向，年龄一旦达到阈值，就会被移动到老年代中，没有达到阈值的对象会被复制到To区。经过前面的操作后，Eden区和From区已经被清空了，这时From区和To区会交换他们的角色，也就是说新的To区是上一次GC的From区，如果在多次GC后，To区被填满了，会将所有的对象移动到老年代中。

　　

 　　黄色为被GC回收的资源空间，红色为存活对象资源，绿色为闲置空间。

　　这个过程中的复制操作涉及到GC四大算法中的“复制算法”，将在下一篇文章中介绍。

　　2、堆内存调优

　　Java虚拟机在启动时，初始内存为本机内存的1/64，当此内存不够实用，虚拟机会尝试获取更多的内存空间，但是默认情况下最大可使用内存为本机内存大额1/4。当然你可以通过配置虚拟机参数来改变虚拟机占用内存的情况，在生产环境中，建议配置初始内存空间大小和最大可使用空间大小相同，以避免进程争夺内存资源时造成的卡顿。

　　可以使用如下代码查看虚拟机占用空间的大小：

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());//查看逻辑处理器

        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();//返回Java虚拟机可以使用的最大内存量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();//返回Java虚拟机中的内存总量

        System.out.println("-Xmx: MAX_MEMORY = " + maxMemory + "(字节)、" + (maxMemory / (double)1024/1024) + "MB");
        System.out.println("-Xms: TOTAL_MEMORY = " + totalMemory + "(字节)、" + (totalMemory / (double)1024/1024) + "MB");
    }
}

4
-Xmx: MAX_MEMORY = 1886912512(字节)、1799.5MB
-Xms: TOTAL_MEMORY = 128974848(字节)、123.0MB

　　3、配置虚拟机占用内存大小

　　IDEA：

　　

　　STS

　　

 　　参数：

　　-Xms：设置初始(start)分配内存大小　　-Xmx：设置最大(max)分配内存大小　　-XX:+PrintGCDetails:输出详细的GC处理日志

　　4、制造错误、日志分析

　　为了更快地导致内存溢出，我将-Xms和-Xmx都设置成10m。

public class Person {
    private String name;
    byte[] bytes = new byte[10*1024*1024];
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        while(true){
            Person person = new Person(UUID.randomUUID().toString());
        }
    }
}

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2048K->504K(2560K)] 2048K->696K(9728K), 0.0032340 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1289K->504K(2560K)] 1481K->812K(9728K), 0.0006781 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 504K->488K(2560K)] 812K->852K(9728K), 0.0006038 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 488K->0K(2560K)] [ParOldGen: 364K->774K(7168K)] 852K->774K(9728K), [Metaspace: 4020K->4020K(1056768K)], 0.0075233 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] 774K->774K(9728K), 0.0003232 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] [ParOldGen: 774K->753K(7168K)] 774K->753K(9728K), [Metaspace: 4020K->4020K(1056768K)], 0.0113270 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.qlu.juc.Person.<init>(Person.java:5)
    at com.qlu.juc.Demo1.main(Demo1.java:8)
Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 99K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 4% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd18d90,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
 ParOldGen       total 7168K, used 753K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 10% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff6bc510,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 4051K, capacity 4572K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 454K, capacity 460K, committed 512K, reserved 1048576K

　　①

 

 在分配内存是，我指定了虚拟机最大占用内存为10m，而此处仅新生代和老年代就占用了近乎10m，足以证明元空间并不使用虚拟机内存实现，而是使用了本地内存。

　　②分析日志：内存占用

 　　③分析日志：GC日志

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1289K->504K(2560K)] 1481K->812K(9728K), 0.0006781 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 

[GC (Allocation Failure)
指出了GC类型，GC负责收集新生代的Eden和From区域，Allocation Failure表示空间分配失败
[PSYoungGen: 1289K->504K(2560K)]
1289k表示YoungGC收集前新生代内存占用情况，504k表示YoungGC后新生代内存占用情况，此轮GC释放了785k内存。（2560）表示新生代总占用空间大小
1481K->812K(9728K), 0.0006781 secs]
1481k表示YoungGC收集前堆的使用情况，812k表示YoungGC收集之后堆空间的使用情况，次轮GC释放了669k内存。（9728k）表示堆空间的总大小，还有10m-9728k被栈、程序计数器、本地方法栈占用。
0.0006781secs表示YoungGC耗时。
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
user：YoungGC用户耗时，sys：YoungGC 系统耗时，real：YoungGC实际耗时

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] [ParOldGen: 774K->753K(7168K)] 774K->753K(9728K), [Metaspace: 4020K->4020K(1056768K)], 0.0113270 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] 

[Full GC (Allocation Failure)
指出了GC类型，Full GC负责收集老年代区域，Allocation Failure表示空间分配失败
[PSYoungGen: 0K->0K(2560K)]
新生代：GC前后Young区内存占用情况
[ParOldGen: 774K->753K(7168K)]
老年代：GC前老年代的占用情况，可以看出基本没有回收，7168k表示老年代内存空间大小
774K->753K(9728K),
GC前后堆的占用情况以及对的总内存大小
[Metaspace: 4020K->4020K(1056768K)], 0.0113270 secs]
元空间占用情况和元空间大小，Full GC耗时
[Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]
user：YoungGC用户耗时，sys：YoungGC 系统耗时，real：YoungGC实际耗时。

当老年代空间执行了Full GC后发现依然无法进行新对象的保存（空间分配）即Allocation Failure，就会报出“OutOfMemoryError”。