运行时数据区之堆

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原创最新推荐文章于 2026-02-25 00:17:53 发布 317 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Zynq工程IP核封装：XCI引用与约束继承实战指南 IP核封装是FPGA系统设计中实现模块复用、团队协作与技术资产沉淀的关键环节。其本质是将功能逻辑、时序约束、接口协议和硬件配置统一抽象为可配置、可验证、可演进的标准化组件。核心原理在于通过XCI文件保留IP核的参数化定义能力，依托Vivado IP Packager实现约束继承、端口自动映射与时钟域解耦，从而保障跨项目集成的时序可信性与约束完备性。该技术广泛应用于Zynq SoC视频处理、高速接口（如HDMI/TMDS）、多时钟域控制系统等场景，尤其在需要长期维护与版本迭代的工业级嵌入式开发中具有不可替代的阅读详情

堆的核心概述

对一个进程而言是唯一的。一个进程对应一个JVM实例、一个JVM实例拥有一个运行时数据区，仅拥有一个堆结构，也是Java内存管理的核心区域。

Java堆区在JVM启动时便被创建，并且设定好了大小。是JVM中最大的一块内存空间（可调节）

通过Java Visual JVM查看通过 -Xms…m -Xmx…m

堆在物理上可以存在不连续的内存空间，但逻辑上应当视为连续的。

所有线程共享堆。堆还能划分为线程私有的缓冲区（TLAB，Thread Local Allocation Buffer）

所有的对象实例以及数组都应当在运行时分配在堆上。

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

在这里插入图片描述

在方法结束后，堆中的对象不会马上移除，而是等待垃圾收集时移除。

堆是垃圾收集器（GC，Garbage Collection）执行垃圾回收的重点区域。

内存细分

现代的垃圾收集器大致基于分代收集器理论设计。

1.JAVA7 之前：新生区+养老区+永久区

2.Java8：新生去 + 养老区 +元空间

在这里插入图片描述

元空间是逻辑上属于堆区。实际存储在方法区

设置堆内存大小与OOM

1.设置堆空间的大小：

-Xms 用于表现堆区（年轻代+养老代）的起始内存，等价于-XX：InitialHeapSize 【ms memory start】

-Xmx 用于表示堆区的最大内存，等价于-XX：MaxHeapSize

一旦堆区的内存大小超过了—Xmx 所指定的最大内存，将会抛出OOM(OutOfMemoryError)异常。

通常会将两个参数配置相同的值，目的：在Java垃圾回收机制清理完堆区后不需要重新分割计算区间的大小，以此提高性能。

查看设置的参数

jps

jstat -gc 进程id

+XX:+PrintGCDetails

OOM错误

对象与数组创建超过堆空间可容纳空间

堆区的结构

在JVM中的java对象可以划分成两类：

生命周期较短的瞬时对象（创建与消亡都很快）

生命周期很长，甚至于JVM生命周期保持一致的对象。

java堆区进一步划分又可以分为年轻代(YoungGen) 和老年代(OldGen)

其中年轻代又可划分为Eden空间、Survior0与Survivor1空间【也可称为form区、to区】

在这里插入图片描述

配置新生代与老年代在堆结构中的占比

默认： -XX:NewRatio = 2 [新生代占1，老年代占2.即新生代占据整个堆的1/3]

通过 -XX：NewRation = ? 进行修改。eg： = 3。即新生代占1，老年代占3.所以新生代占整个堆的1/4

配置新生区中Eden空间与两个Survivor空间缺省占比。 默认比例是8：1：1。可以通过 -XX:SurvivorRatio = ? 来进行调整。还可以通过-Xmn 来设置新生代最大内存大小。

几乎所有的Java对象都是在Eden区被New出来的。也大多在新生代进行销毁。（大部分对象的使用周期短）

对象分配过程

为新对象分配内存是一项复杂的任务。JVM不仅需要考虑内存如何分配、哪里分配。还需考虑内存分配与内存回收。因此要考虑GC执行完内存回收后是否会在内存空间产生内存碎片。

对象分配的流程

在这里插入图片描述

1.new的对象将存放于Eden区。

2.当Eden区填满，而程序又需要创建对象时，JVM的垃圾回收器会对Eden区进行垃圾回收[Minor GC],将Eden区中不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到Eden区。

3.将Eden区剩余对象移动到 Servivor0区。

4.若后续再次触发垃圾回收，则上次幸存下来的对象就会被放到Servivor0区。若无回收，便会存放到Servivor1区。

5.如果在经历垃圾回收，此时将会被放回Servivor0区，再去Servivor1区。

此时Servivor两个区，也可以被称为 TO区和 Form区

TO：下一次垃圾回收的幸存者往哪里存放的区。【每当幸存一次，则会对幸存者赋值+1】

6.何时从新生代去老年代？

默认为幸存15次。可以通过-XX:MaxTenuringThreshold=<N>进行设置

初始GC机制

GC按照回收区域大致可分为两种类型。

部分收集（Partial GC）：不完整收集整个Java堆的垃圾收集

新生代收集(Minor GC)：仅针对新生代收集

老年代收集 (Major GC)：仅针对老年代收集

1.注意此处Major GC 时常会和 Full GC混淆使用。具体需要分辨为。老年代回收还是整堆回收

2.只有CMS GC会单独收集老年代的行为。

混合收集

整堆收集（Full GC）：针对整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。

Minor GC 触发机制：

1.当年轻代的Eden 空间不足时，便会触发。【特别注意的是：只有Eden区满才会触发，S区满不会触发】

2.由于Java对象大多具有使用周期短的特性。因此Minor GC非常频繁，但回收速度也较快。

3.Minor GC 会引发 STW。暂停其他用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。

Major GC 触发机制：

1.老年区满时，便会触发Major GC

2.当出现Major GC时，通常会伴随至少一次MInor GC。即当老年区满时，会先尝试Minor GC。在此之后空间仍然不足，则会触发Major GC

3.Major GC得速度相较Minor GC会慢许多(10倍以上)，STW时间更长。

4.Major GC后，内存不足，则会报OOM。

 Full GC触发机制：

1.调用System.gc()

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、From区向To区复制时，对象大小大于To区可用内存，则会将该对象转存老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小。

-Full GC时开发或调优时尽量避免的。-

堆空间分代思想

在java开发中，不同对象的生命周期不同。但大致都是临时对象。

为什么要进行分代？

分代的唯一理由便是优化GC性能。

若没有分代，则所有对象都在一起。GC时，要分辨哪些对象需要回收，则将对堆的所有区域进行扫描。而许多对象都是临时对象，将加大GC时间。

若分代，则新创建的对象放到某一地方，而GC时，优先对临时对象的区域进行回收，则效率大大提高。

内存分配策略

如果对象在Eden区出生，并通过第一次MInor GC依然存活，且能被Survivor区容纳，则将被移动到Survivor空间中，并且对象年龄将设为1. 对象每经历一次Minor GC，年龄变+1岁。到一定程度时，便晋升为老年区。【默认为15次，可通过-XX:MaxTenuringThreshold设置】

针对不同年龄的对象分配原则：

优先分配至 Eden
大对象直接分配到老年区【即在开发时，需避免出现过多的大对象】
长期存活的对象分配到老年区。
动态对象年龄判断

如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可直接进入老年区。
空间分配担保可通过 -XX:HandlePromotionFailure

为对象分配内存：TLAB

为什么需要TLAB？

由于堆是线程共享区域，任何的线程都可以访问堆区中的共享数据。而对象实例的创建频繁，导致在并发环境中从堆区划分内存空间是不安全的。

为避免多个线程操作同一地址，则需要使用锁等机制，便会影响分配速度。

什么是TLAB(Thread Local Allocation Buffer)？

从内存模型的角度，对Eden区继续划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存的区域。

此时，当多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列线程安全问题。同时还可以提升内存分配的吞吐量。而这种内存分配方式叫作快速分配策略。

1.并非是所有的对象实例都分配在TLAB，但JVM将TLAB作为内存分配的首选。

2.开发人员可用过 -XX:UserTLAV设置开启TLAB空间

3.默认情况下，TLAB空间的内存非常小。可以通过-XX:TLABWasteTargetPercent设置TLAB空间在Eden的占比百分比。

4.一旦对象在TLAB空间分配内存失败时。JVM就是尝试通过加锁机制确保数据操作的原子性。从而直接在Eden区中分配内存。

TLAB中对象分配过程：

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