Java JVM堆空间的概述

1.设置堆空间初始值和最大值
2.堆的核心概述
- 内存细分
3.堆空间大小的设置
4.新生代与老年代
5.图解对象分配的过程
6.常用调优工具
7.Minor GC、Major GC与Full GC
8.堆空间分代思想
9.内存分配策略
10.对象分配过程: TLAB
11.堆空间常用的VM参数
12.通过逃逸分析看堆空间的对象分配策略
- 1.堆是分配对象存储的唯一选择吗？
- 2.逃逸分析概述
3.逃逸分析：代码优化
- 4.逃逸分析的缺点

1.设置堆空间初始值和最大值

通过idea 的-VM参数设置，如下图：

2.堆的核心概述

内存细分

3.堆空间大小的设置

详情请看 Java SE8 官方文档 Ctrl+F 搜索 -Xms
通过JVM参数来设置堆空间的初始值
- -Xms用来设置堆空间(年轻代+老年代)的初始内存大小
- -X是jvm的运行参数
- ms是memory start
通过JVM参数来设置堆空间的最大值
- -Xmx用来设置堆空间(年轻代+老年代)的最大内存大小
堆的初始大小（以字节为单位）。
- 此值必须是1024的倍数且大于1 MB。在字母后面加上k或K表示千字节，m或M表示兆字节，g或G表示千兆字节。
- 以下示例说明如何使用各种单位将分配的内存大小设置为6 MB：
  - -Xms6291456
  - -Xms6144k
  - -Xms6m
  - 如果未设置此选项，则初始大小将设置为为老一代和年轻一代分配的大小之和。可以使用-Xmn选项或-XX:NewSize选项设置年轻代的堆的初始大小。
开发中建议将初始堆内存和最大的堆内存设置成相同的值。
打印GC过程的细节
- JVM参数设置：-XX:+PrintGCDetails

添加代码测试**

public class HeapSpaceInitial {public static void main(String[] args) {//返回Java虚拟机中的堆内存总量long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;//返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");System.out.println("系统内存大小为：" + initialMemory * 64.0 / 1024 + "G");System.out.println("系统内存大小为：" + maxMemory * 4.0 / 1024 + "G");}
}

打印GC日志(详情信息看后期博客)

4.新生代与老年代

-XX:NewRatio:设置新生代与老年代的比例。
- 设置新老一代大小之间的比率。默认情况下，此选项设置为2。下面的示例演示如何将年轻/老人比率设置为1:1(这里就是年轻代占堆空间1:2,老年的占1:2)
```
-XX:NewRatio =3 //设置老年代占堆空间的3:4
```
-XX:SurvivorRatio:设置新生代中Eden区与survivor区的比例
-XX: -UseAdaptivesizePolicy :关闭自适应的内存分配策略( 暂时用不到)
Xmn:设置新生代的空间的大小。 ( 一般不设置)

5.图解对象分配的过程

6.常用调优工具

JDK命令行
Eclipse :Memory Analyzer Tool
Jconsole
Vi sual VM
Jprofiler(暂时使用) 下载及破解
Java Flight Recorder
GCViewerGC Easy

7.Minor GC、Major GC与Full GC

年轻代GC(Minor GC) 触发机制:
- 当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是
  Eden代满，Survivor满不会引发GCI(每次Minor GC会清理年轻
  代的内存。)
- 因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以MinorGC非常频
  繁，一般回收速度也比较快。这一-定义既清晰又易于理解。
- Minor GC会引发STW，暂停其它用户的线程，等垃圾回收结束，用户线
  程才恢复运行。
老年代GC (Major GC/Fu11 GC)触发机制:
- 指发生在老年代的GC，对象从老年代消失时，我们说“Major GC”或“Fu11 GC”
  发生了。
- 出现了Major GC，经常会伴随至少一.次的Minor GC (但非绝对的，在Paral1el
  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)。
  - 也就是在老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间还不足，
    则触发Major GC
- Major GC的速度一般会比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00M了。
- Major GC的速度- -般会比Minor GC慢10倍以上。
Fu11 GC，触发Fu1l GC执行的情况有如下五种:
1. 调用System. gc()时，系统建议执行Fu1l GC，但是不必然执行
2. 老年代空间不足
3. 方法区空间不足
4. 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
5. 由Eden区、survivor space0 (From Space)区向survivor space1 (To
  Space)区复制时，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大小;
  说明: full gc是开发或调优中尽量要避免的。这样暂时时间会短一些。

8.堆空间分代思想

9.内存分配策略

如果对象在Eden(伊甸园区)出生并经过第一次MinorGC 后仍然存活，并且能被Survivor
容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并将对象年龄设为1 。对象在
Survivor区中每熬过一次MinorGC ，年龄就增加1 岁，当它的年龄增加到- -定
程度(默认为15岁，其实每个JVM、每个GC都有所不同)时，就会被晋升到老年代
中。
对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过选项-XX: MaxTenuringThreshold来设置。
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，无须等到
    MaxTenur ingThreshold中要求的年龄。
- 空间分配担保
  - -XX: Handle PromotionFailure

10.对象分配过程: TLAB

为什么有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
  存空间是线程不安全的;
- 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区域继续进行划分，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
  之为快速分配策略。
- 据我所知所有OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计。

TLAB分配过程:

11.堆空间常用的VM参数

-XX: +PrintFlagsInitial :查看所有的参数的默认初始值
-XX:+PrintFlagsFinal : 查看所有的参数的最终值(可能会存在修改,
不再是初始值)
-Xms:初始堆空间内存 (默认为物理内存的1/64)
-Xmx:最大堆空间内存(默认为物理内存的1 /4)
Xmn: 设置新生代的大小。(初始值及最大值)
XX: +DoEscapeAnalysis ; 开启逃逸分析
XX:NewRatio:配置新生代与老年代在堆结构的占比
-XX:SurvivorRatio:设置新生代中Eden和SO/S1空间的比例
-XX:MaxTenuringThreshold:设置新生代垃圾的最大年龄
-XX: +PrintGCDetails:输出详细的GC处理日志
-XX:HandL ePromotionFailure:是否设置空间分配担保
-XX:+EliminateAllocations: 开启标量替换

12.通过逃逸分析看堆空间的对象分配策略

1.堆是分配对象存储的唯一选择吗？

在《深入理解Java虚拟机》中关于Java堆内存有这样一段描述:
随着JIT编译期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，这是一个普遍的常识。但是，有一一
种特殊情况，那就是如果经过逃逸分析(Escape Analysis) 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，也无须
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深度定制的TaoBaoVM，其中创新的GCIH (GC
invisible heap) 技术实现off -heap，将生命周期较长的Java对象从heap中移至
heap外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升
GC的回收效率的目的。

2.逃逸分析概述

如何将堆上的对象分配到栈，需要使用逃逸分析手段。
这是一种可以有效减少Java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数
全局数据流分析算法。
通过逃逸分析，JavaHotspot编译器能够分析出一个新的对象的引用的
使用范围从而决定是否要将这个对象分配到堆上。
当能够明确对象不会发生逃逸时，就可以对这个对象做一个优化，不将其分配到堆上，而是直接分配到栈上，这样在方法结束时，这个对象就会随着方法的出栈而销毁，这样就可以减少垃圾回收的压力。
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。
- 当一个对象在方法中被定义后，它被外部方法所引用，则认为发生逃
  逸。例如作为调用参数传递到其他地方中。

/***  逃逸分析**  如何快速的判断是否发生了逃逸分析，大家就看new的对象实体是否有可能在方法外被调用。*/
public class EscapeAnalysis {public EscapeAnalysis obj;/*方法返回EscapeAnalysis对象，发生逃逸*/public EscapeAnalysis getInstance(){return obj == null? new EscapeAnalysis() : obj;}/*为成员属性赋值，发生逃逸*/public void setObj(){this.obj = new EscapeAnalysis();}//思考：如果当前的obj引用声明为static的？仍然会发生逃逸。/*对象的作用域仅在当前方法中有效，没有发生逃逸*/public void useEscapeAnalysis(){EscapeAnalysis e = new EscapeAnalysis();}/*引用成员变量的值，发生逃逸*/public void useEscapeAnalysis1(){EscapeAnalysis e = getInstance();//getInstance().xxx()同样会发生逃逸}
}

3.逃逸分析：代码优化

使用逃逸分析，编译器可以对代码做如下优化:

一、栈上分配：

将堆分配转化为栈分配。如果一个对象在子程序中被分配，要使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。

二、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。

三、分离对象或标量替换：

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(或全部)可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中。

4.逃逸分析的缺点

关于逃逸分析的论文在1999年就已经发表了，但直到JDK 1.6才有实现，而且这项技
术到如今也并不是十分成熟的。
其根本原因就是无法保证逃逸分析的性能消耗一定能高于他的消耗。虽然经过逃逸分
析可以做标量替换、栈上分配、和锁消除。但是逃逸分析自身也是需要进行一系列复
杂的分析的，这其实也是一个相对耗时的过程。
一个极端的例子，就是经过逃逸分析之后，发现没有一个对象是不逃逸的。那这个逃
逸分析的过程就白白浪费掉了。
虽然这项技术并不十分成熟，但是它也是即时编译器优化技术中一个十分重要的手段。
注意到有一些观点，认为通过逃逸分析，JVM会在栈.上分配那些不会逃逸的对象，这
在理论上是可行的，但是取决于JVM设计者的选择。据我所知，Oracle Hotspot
JVM中并未这么做，这一点在逃逸分析相关的文档里已经说明，所以可以明确所有的
对象实例都是创建在堆上。
目前很多书籍还是基于JDK 7以前的版本，JDK已经发生了很大变化，intern字符串.
的缓存和静态变量曾经都被分配在永久代上，而永久代已经被元数据区取代。但是，
intern字符串缓存和静态变量并不是被转移到元数据区，而是直接在堆上分配，所以
这一点同样符合前面一点的结论:对象实例都是分配在堆上。

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