JVM的堆内存

方法区和堆对进程来说是唯一的，一个进程对应一个JVM实例。

堆的核心概述

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆也是Java内存管理的核心区域

Java堆区在JVM启动时就被创建，其空间大小也就确定了。是JVM管理的最大的一块内存空间。

《JVM虚拟机规范》规定，堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为连续的。

所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（TLAB）

所有的对象实例以及数组都应该在运行时分配在堆上。

数组和对象可能永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置。

在方法结束后，堆中的对象不会马上被移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除。

堆是GC执行垃圾回收的重点区域。

栈中存放对象的引用，堆中存放对象。如果栈中的引用没有了，堆中的对象被认为是垃圾。

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堆内存细分

jdk1.8中堆内存结构

jdk1.7中堆内存结构

Java堆空间大小的设置

Java堆区用于存储Java对象实例，那么堆的大小在JVM启动时就已经设定好了，也可以通过-Xmx和-Xms来设置。

-Xms用于表示堆区（年轻代+老年代，不包括元空间）的起始内存，等价与-XX：InitialHeapSize-Xmx用于表示堆区的最大内存，等价与-XX：MaxHeapSize

开发中建议将初始堆内存和最大堆内存设置成相同的值。

s0与s1中只有一个区域可以存放数据

如何查看设置的参数

方式一 jps/jstat -gc 进程id-XX:+PrintGCDetails

年轻代和老年代

存储在JVM中的Java对象可以被划分为两类：

一类是声明周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速另外一类对象的生命周期却非常长，在某些极端情况下还能与JVM生命周期保持一致。Java堆区进一步细分的话，可以划分为年轻代和老年代其中年轻代又可以划分为Eden空间，S0空间和S1空间。

配置新生代和老年代在堆结构的占比。

默认-XX:NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3；可以修改-XX:NewRatio=4，表示新生代占1，老年代占4，新生代占整个堆的1/5

在HotSpot中，Eden空间和另外两个Survivor空间缺省所占的比例是8:1:1。

当开发人员可以通过选项“-XX:SurvivorRatio”调整这个空间比例。

几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的。

绝大部分的Java对象的销毁都在新生代进行了。

对象分配过程

为新对象分配内存是一件非常严谨和复杂的任务，JVM的设计者们不仅需要考虑内存如何分配、在哪里分配等问题，并且由于内存分配算法与内存回收算法密切相关，所以还需要考虑GC执行完内存回收后是否会在内存空间产生内存碎片。

new的对象先放伊甸园区，此区有大小限制。当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。在加载新的对象放到伊甸园区。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存者0区。如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者0区，如果没有回收，就会放到幸存者1区。如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回幸存者0区，接着再去幸存者1区。模式经过15次还没有被垃圾回收的对象放置养老区可以设置参数-XX:MaxTenuringThreshold=<N>进行设置。

总结：

针对幸存者s0，s1区的总结：复制之后有交换，谁空谁是to。

关于垃圾回收：频繁再新生区收集，很少再养老区收集，几乎不在永久区/元空间收集。

对象分配的特殊过程

Minor GC、Major GC与Full GC

JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是新生带，针对HotSpot VM实现，它里面的GC按照回收区域又分为两大种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（Full GC）。

部分收集：不是完整收集整个Java堆的垃圾收集。其中又分为： 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代的垃圾收集老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集。 目前，只有CMS GC会有单独收集老年代的行为。很多时候Major GC会的Full GC混淆使用，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收。 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。 目前只有G1 GC会有这种行为 整堆收集（Full GC）收集整个java堆和方法区的垃圾收集。

MinorGC（针对年轻代的GC）

触发机制

当年轻代空间不足时，就会触发MinorGC，这里的年轻代满指的是eden代满，Survivor满不会引发GC。每次MinorGC会清理年轻代的内存因为Java对象大多都具备朝生熄灭的特性，所以MinorGC非常频繁，一般回收速度也比较快。这一定义即清晰又易于理解。Minor GC会引发STW，暂停其他用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才运行恢复。

MajorGC（针对老年代的GC）

触发机制

指发生在老年代GC，对象从老年代消失时，我们说“Major GC” 或 “Full GC” 发生了出现了Major GC 经常会伴随至少一次Minor GC（但非绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）。Major GC的速度一般比Minor GC慢10倍以上，STW的时间更长如果Major GC后，内存还不足，就报OOM了。Major GC的速度一般比MinorGC慢10倍以上。

Full GC（尽量避免）

触发机制

触发Full GC执行的情况有如下5种：

调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但是不是必然执行老年代空间不足方法区空间不足通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存有Eden区，s0，s1复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象的大小

堆空间的分代思想

内存分配策略

针对不同年龄段的对象分配原则如下所示

优先分配到Eden大对象直接分配到老年代 尽量避免程序中出现过多的大对象 长期存活的对象分配到老年代动态对象年龄判断 如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无须等待MaxTenuringThreshold中要求的年龄。 空间分配担保 -XX：HandlePromotionFailure

大对象直接分配到老年代

public static void main(String[] args){ byte[] buffer = new byte[1024*1024*20]; }

TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据

由于对象实例的创建在JVM中非常频繁，因此在并发环境下从堆区中划分内存空间是不安全的。

为避免多个线程操作同一地址，需要使用加锁等机制，进而影响分配速度。

什么是TLAB

从内存模型而不是垃圾收集的角度，对Eden区域继续继续划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域，它包含在Eden空间内。

多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配方式称为快速分配策略。

小结

堆是分配内存存储的唯一选择吗

随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么绝对了。

在Java虚拟机中，对象是在Java堆中分配内存的，这是一个普通的常识。但是，有一种特殊情况，那就是如果经过逃逸分析后发现，一个对象并没有逃逸出方法的话，那么就可能被优化成栈上分配，这样就无需在堆上分配内存，也无需进行垃圾回收了。这也是最常见的堆外存储技术。

此外，前面提到的基于OpenJDK深度定制TaoBaoVM，其中创新的GCIH技术实现off-heap，将生命周期较长的Java对象从heap中转移至heap外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，一次达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。

逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：

当一个对象在方法中被定义后，对象只在方法内部使用，则认为没有发生逃逸。当一个对象在发生中被定义后，它被外部方法所引用，则任务发生逃逸，例如作为调用参数传递到其他地方。 public void my_method(){ V v = new V(); v = null; }

没有发生逃逸对象，则可以分配到栈上，随着方法执行的结束，栈空间被移除。

代码优化

栈上分配。将堆分配转化为栈分配。如果以得对象在子程序中被分配，要是指向该对象的指针永远不会逃逸，对象可能是栈分配的候选，而不是堆分配。同步省略。如果一个对象被发现只能从一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步。分离对象或标量变换。有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以被访问到，那么对象的部分可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中