java虚拟机：堆内存

一、简介

Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。这个区域是用来存放对象实例的，几乎所有对象实例都会在这里分配内存。堆是Java垃圾收集器管理的主要区域（GC堆），垃圾收集器实现了对象的自动销毁。Java堆可以分为：新生代和老年代。Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。可以通过-Xmx和-Xms控制。

二、heap分代

由于GC需要消耗一些资源和时间的，Java在对对象的生命周期特征进行分析后，采用了分代的方式来进行对象的收集，即按照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停。

heap 的组成有三区域/世代：(可以理解随着时间，对象实例不断变换heap中的等级，有点像年级)

1. 新生代 Young Generation

   • Eden Space 任何新进入运行时数据区域的实例都会存放在此

   • S0 Suvivor Space 存在时间较长，经过垃圾回收没有被清除的实例，就从Eden 搬到了S0

   • S1 Survivor Space 同理，存在时间更长的实例，就从S0 搬到了S1

2. 旧生代 Old Generation/tenured

   同理，存在时间更长的实例，对象多次回收没被清除，就从S1 搬到了tenured

3. Perm 存放运行时数据区的方法区

三、对象新建

new的对象绝大部分会放在eden区，当出现大对象的时候，jvm用牺牲部分宝贵的old区的方式来保证了整个jvm的正常运转，可以通过参数-XX:PretenureSizeThreshold设置新建对象的最大值，当新对象申请的内存空间大于这个参数值的时候，直接扔到old区。

堆是所有线程共享的，因此在堆上分配内存需要加锁，Sun JDK为提升效率，会为每个新建的线程在Eden上分配一块独立的空间由该线程独享，这块空间称为TLAB（Thread Local Allocation Buffer）。其大小由JVM根据运行情况计算得到，也可通过参数-XX:TLABWasteTargetPercent来设置TLAB可占用的Eden空间的百分比，默认值为1%。在TLAB上分配内存不需要加锁，因此JVM在给线程中的对象分配内存时会尽量在TLAB上分配。如果对象过大或TLAB用完，则仍然在堆上进行分配。

四、对象移动与内存回收

不同的世代使用不同的 GC 算法：

1. Minor collection：新生代 Young Generation 使用将 Eden 还有 Survivor 内的数据利用 semi-space 做复制收集（Copying collection）， 并将原本 Survivor 内经过多次垃圾收集仍然存活的对象移动到 Tenured。

2. Major collection 则会进行 Minor collection，Tenured 世代则进行标记压缩收集。

这个搬运工作都是GC 完成的，这也是garbage collector 的名字来源，而不是叫garbage cleaner. GC负责在heap中搬运实例，以及收回存储空间。 

1）eden到survivor

在java设计者看来，新生成的对象绝大部分对象都是需要被销毁掉的，就像在做java WEB应用上一样，一个列表请求过来，可能请求的内容有2K的内容，请求完成后，这个内容一般说来自然就不需要了，也就是在他原始的考虑下它没有考虑你自己在应用级别去做page cache的操作。

那么当内存不够的时候，就是会对Young空间进行回收，由于新生成的对象，java认为这块空间不会很大，而且绝大部分应该是被回收的内容，所以很多时候java会采用单线程的复制算法（当然你也可以设置为多线程），将其拷贝到其中一个survivor区域中，当下一次做操作时，就会将Eden中活着的以及前一个surivor活着的一起拷贝到另一个survivor中，这就是为什么要设置两个survivor区域，而拷贝后，Eden区域为空、另一个survivor也为空，可以完全直接整体清除掉，所以非常快速，而拷贝的目标也会被连续化，新生成的对象又从Eden的初始位置开始分配空间。

2）移动到Old区

在说明下，以下三种情况对象会被晋升到old区域：

1、在eden和survivor中可以来回被minor gc多次，这个次数超过了-XX:MaxTenuringThreshold。

2、在发生minor gc时，发现to survivor无法放下这些对象，就会进入old。

3、在新申请对象，大于eden区域的一半大小时直接进入old，也可以专门设置参数-XX:PretenureSizeThreshold这个参数指定当超过这个值就直接进入old。

当上面的对象被移动到了Tenured区域，这个区域一般非常大，占用了HeapSize的绝大部分空间，此时若它发生一次内存回收，就不能像刚才那样来回拷贝了，那样代价太大，而且这个区域可以说是经得起考验的对象才会被移动过来，在概率上是不容易被销毁掉的对象才会被移动过来。

五、堆内存参数设置

JVM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64但小于1G，JVM最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的 1/4但小于1G。

默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制，可以由-XX:MinHeapFreeRatio=指 定。
默认空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制，可以由-XX:MaxHeapFreeRatio=指定。

这样收缩和扩展必然导致一些问题，但是java的初衷是想让你再没有使用这块地址表的时候，回收内存的大小会小一些，因为young区域的一般是使用单线程的回收方式，这个时间段是会被暂停的，所以它认为内存使用较少的时候回收就内存的速度应该加快；另个一问题是若Xms设置的足够大，内存长时间不回收，将会产生大量碎片。

但是，和实际相反的是，服务器一般占用内存都较大，需要的是内存使用较大的时候，加快回收的速度，内存使用小的时候，回收都是无所谓的；所以我们在很多时候建议将-Xms和-Xmx设置成一样的大小，不用这么来回倒腾。