JVM堆

1. 什么是堆

Java 中的堆是 JVM 管理的最大的一块内存空间,主要用于存放Java类的实例对象,其被划分为两个不同的区域:新生代 ( Young )和老年代 ( Old ),其中新生代 ( Young ) 又被划分为:Eden、From Survivor和To Survivor三个区域,如下图所示:
在这里插入图片描述
从JDK8开始,Metaspace(元空间)替代了永久代,如下图所示:
在这里插入图片描述
无论哪个版本的JDK,其堆内存的划分都没有变化,下面详述Java堆中各个区域。

2.堆的各个区域

1、堆大小 = 新生代( Young ) + 老年代( Old ),其可以通过参数 –Xms、-Xmx 来指定:–Xms用于设置初始分配大小,默认为物理内存的1/16;-Xmx用于设置最大分配内存,默认为物理内存的1/4。默认情况下,新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定 ),即:新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空间大小,老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空间大小,如下代码:

public class Test {

	//-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("Hello,JVM!");
	}
}

—— JDK8运行结果:

Hello,JVM!
Heap
 	def new generation   total 314560K, used 11185K [0x04800000, 0x19d50000, 0x19d50000)
  		eden space 279616K,   4% used [0x04800000, 0x052ec418, 0x15910000)
  		from space 34944K,   0% used [0x15910000, 0x15910000, 0x17b30000)
  		to   space 34944K,   0% used [0x17b30000, 0x17b30000, 0x19d50000)
 	tenured generation   total 699072K, used 0K [0x19d50000, 0x44800000, 0x44800000)
   		the space 699072K,   0% used [0x19d50000, 0x19d50000, 0x19d50200, 0x44800000)
 	Metaspace       used 1772K, capacity 2242K, committed 2368K, reserved 4480K

注意:total指新生代工作时内存空间大小,而非整个新生代内存空间大小。

2、新生代 ( Young ) 被细分为 Eden 和 两个 Survivor 区域,为了便于区分,两个 Survivor 区域分别被命名为 from 和 to。默认情况下,Eden : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 ),即: Eden = 8/10 的新生代空间大小,from = to = 1/10 的新生代空间大小。JVM 每次只使用 Eden 和其中的一块 Survivor 区域来为对象服务,所以无论什么时候,总是有一块 Survivor 区域是空闲着的,因此,新生代实际可用的内存空间为 9/10 ( 即90% )的新生代空间。

3、工作原理:

a、Eden区为Java对象分配堆内存,当 Eden 区没有足够空间分配时,JVM发起一次Minor GC,将Eden区仍然存活的对象放入Survivor from区,并清空 Eden 区;
b、Eden区被清空后,继续为新的Java对象分配堆内存;
c、当Eden区再次没有足够空间分配时,JVM对Eden区和Survivor from区同时发起一次 Minor GC,把存活对象放入Survivor to区,同时清空Eden 区和Survivor from区;
d、Eden区继续为新的Java对象分配堆内存,并重复上述过程:Eden区没有足够空间分配时,把Eden区和某个Survivor区的存活对象放到另一个Survivor区;
e、JVM给每个对象设置了一个对象年龄(Age)计数器,每熬过一场Minor GC,对象年龄增加1岁,当它的年龄增加到阈值(默认为15,可以通过-XX:MaxTenuringThreshold 参数自定义该阀值),将被“晋升”到老年代,当 Old 区也被填满时,JVM发起一次 Major GC,对 Old 区进行垃圾回收。

### JVM内存配置及优化 JVM内存是Java虚拟机运行时数据区的重要组成部分,它主要用于存储对象实例和数组。内存的合理配置对应用程序的性能至关重要。以下是关于JVM内存配置及优化的关键点: #### 1. 内存的基本结构 JVM内存通常分为以下几个区域: - **新生代(Young Generation)**:用于存放新创建的对象。新生代又分为Eden区和两个Survivor区(S0和S1)。当对象在Eden区中无法找到足够的空间时,会触发Minor GC。 - **老年代(Old Generation)**:用于存放经过多次GC后仍然存活的对象。当老年代空间不足时,会触发Full GC。 - **元空间(Metaspace)**:从JDK 8开始取代永久代,用于存放类的元信息。 #### 2. 内存配置参数 以下是一些常用的JVM内存配置参数及其作用: - `-Xms<size>`:设置内存的初始大小。例如,`-Xms4g`表示初始内存为4GB[^3]。 - `-Xmx<size>`:设置内存的最大大小。例如,`-Xmx4g`表示最大内存为4GB[^3]。 - `-XX:NewRatio=<value>`:设置新生代与老年代的比例。例如,`-XX:NewRatio=3`表示新生代与老年代的比例为1:3[^3]。 - `-XX:SurvivorRatio=<value>`:设置Eden区与Survivor区的比例。例如,`-XX:SurvivorRatio=8`表示Eden区与每个Survivor区的比例为8:1[^3]。 - `-XX:MaxDirectMemorySize=<size>`:限制直接内存的大小。例如,`-XX:MaxDirectMemorySize=256m`表示直接内存的最大值为256MB[^1]。 - `-XX:MetaspaceSize=<size>`:设置元空间的初始大小。例如,`-XX:MetaspaceSize=128m`表示元空间的初始大小为128MB[^3]。 - `-XX:MaxMetaspaceSize=<size>`:设置元空间的最大大小。例如,`-XX:MaxMetaspaceSize=256m`表示元空间的最大大小为256MB[^3]。 #### 3. 内存优化策略 为了优化JVM内存的使用,可以采取以下策略: - **减少GC频率**:通过将`-Xms`和`-Xmx`设置为相同的值,避免内存动态扩展收缩,从而减少GC的次数[^4]。 - **调整新生代与老年代比例**:根据应用的特点调整`-XX:NewRatio`参数。如果应用中存在大量短生命周期对象,可以适当增大新生代的比例[^3]。 - **监控内存使用情况**:使用工具如`jstat`、`jvisualvm`或`VisualVM`监控内存的使用情况,及时发现潜在问题。 - **分析GC日志**:通过启用GC日志(如`-XX:+PrintGCDetails`),分析GC行为,识别内存泄漏或频繁GC的问题。 - **避免内存溢出(OutOfMemoryError)**:确保内存、直接内存和元空间的大小设置合理,避免因内存不足导致程序崩溃[^5]。 #### 4. 示例代码 以下是一个示例代码,展示如何通过`Runtime`类获取JVM内存的初始大小和最大大小: ```java public class HeapSpaceExample { public static void main(String[] args) { long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024; long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024; System.out.println("初始内存大小: " + initialMemory + " MB"); System.out.println("最大内存大小: " + maxMemory + " MB"); } } ``` ###
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