浅谈Java内存区域中堆区的结构

部分内容来自《深入理解Java虚拟机第二版》。

引言：Java内存区域是JVM中重要的组成部分，对于我们理解Java虚拟机底层具有极大的帮助。

1. Java内存区域一般分为五块，分别是：方法区（Method Area），堆区（Java Heap），虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），本地方法栈（Native Method Stack），程序计数器（Program Counter Register）。
2. Java堆区（Java Heap） 是java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆区是被所有线程共享的一块内存区域。一般存放的是各种对象实例以及数组。
   2.1 Java堆区是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”，由于现在收集器基本都采用分带收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代与老年代。Java堆区可以处于物理上不连续的内存空间中，主要逻辑上是连续的即可。
   2.2. 新生代与老年代。JVM中新生代一般存放存活时间较短的，大小较小的对象，而年老代里存放的都是存活时间较久的，大小较大的对象。JVM默认新生代占堆区大小的1/3，而老年代默认占堆区大小的2/3。
   2.3. 新生代又分 Eden 区和 Survivor 区，其中 Survivor 区又分 From 和 To 2个区。新生代中Eden ：From ：To默认比例为8：1：1。
3. Eden 区和 Survivor 区
   3.1 Eden 区
   IBM 公司的专业研究表明，有将近98%的对象是朝生夕死，所以针对这一现状，大多数情况下，对象会在新生代 Eden 区中进行分配，当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机会发起一次 Minor GC，Minor GC 相比 Major GC 更频繁，回收速度也更快。
   通过 Minor GC 之后，Eden 会被清空，Eden 区中绝大部分对象会被回收，而那些无需回收的存活对象，将会进到 Survivor 的 From 区（若 From 区不够，则直接进入 Old 区）。From 区与To区这两个区是相对的，在发生一次Minor GC后，from区就会和to区互换。在发生Minor GC时，Eden区和Survival from区会把一些仍然存活的对象复制进Survival to区，并清除内存。
   3.2 Survivor 区
   Survivor 区相当于是 Eden 区和 Old 区的一个缓冲。Survivor 又分为2个区，一个是 From 区，一个是 To 区。每次执行 Minor GC，会将 Eden 区和 From 存活的对象放到 Survivor 的 To 区（如果 To 区不够，则直接进入 Old 区）。
   3.2.1 为什么需要Survivor区？
   Survivor 的存在意义就是减少被送到老年代的对象，进而减少 Major GC 的发生。Survivor 的预筛选保证，JVM规定理论上只有经历15次 Minor GC 还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代。当然会有一些特例存在，后边会分析。
   3.2.2 为什么Survivor区分为两块大小相同的From区和To区？
   设置两个 Survivor 区最大的好处就是解决内存碎片化。因为 Survivor 有2个区域，所以每次 Minor GC，会将之前 Eden 区和 From 区中的存活对象复制到 To 区域。第二次 Minor GC 时，From 与 To 职责兑换，这时候会将 Eden 区和 To 区中的存活对象再复制到 From 区域，以此反复。这种机制最大的好处就是，整个过程中，永远有一个 Survivor space 是空的，另一个非空的 Survivor space 是无碎片的。那么，Survivor 为什么不分更多块呢？比方说分成三个、四个、五个?显然，如果 Survivor 区再细分下去，每一块的空间就会比较小，容易导致 Survivor 区满，两块 Survivor 区可能是经过权衡之后的最佳方案。JVM每次只会使用eden和其中一块survivor来为对象服务，所以无论什么时候，都会有一块survivor空间，因此新生代实际可用空间只有90%。
4. 内存分配机制：
   4.1 对象优先在Eden区分配。大多数情况下，对象在新生代Eden去分配。当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机会发起一次Minor GC。
   4.2 大对象直接进入老年代。所谓的大对象是指，需要大量连续内存空间的Java对象，最典型的大对象就是那种很长的字符串以及数组。
   4.3 长期存活的对象将进入老年代。当某个对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后仍存活，此时该对象一般将会被安置在Survivor区，并且对象年龄设为1。当该对象年龄增加到一定程度，默认为15岁，就将晋升到老年代中。
   4.4 动态年龄判定。
   如果在Survivor空间中相同年龄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就可以直接进入老年代，无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。
   
   总结
5. 内存区域一般为方法区（Method Area），堆区（Java Heap），虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），本地方法栈（Native Method Stack），程序计数器（Program Counter Register）；
6. 堆区中新生代与老年代默认占堆区大小分别为：1/3和2/3。新生代中Survivor：From：To默认比例为8：1：1；
7. From区与To区是相对的，只有一块区域会被使用到，因此新生代中每次使用的空间不超过90%，主要用来存放新生的对象；
8. 新生代GC为Minor GC，老年代GC为Full GC/Major GC。并且新生代采用复制算法，老年代采用标记-清除算法。