JVM的运行时数据区之Java堆

JVM的运行时数据区之Java堆and本地方法栈

一、本地方法栈 (Native Method Stack)

1、java虚拟机栈管理java方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用。

2、本地方法栈也是线程私有的。

3、允许被实现成固定或者是可动态扩展的内存大小。内存溢出方面也是相同的。如果线程请求分配的栈容量超过本地方法允许的最大容量则会抛出StackOverflowError异常，这个在概述里面提到过。

4、本地方法是用C语言写的。

5、它的具体做法是在Native Method Stack栈中登记native方法，在执行引擎Execution Engine执行时加载到本地方法库。

二、Java堆内存

1、堆内存概述

（1）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。
（2）Java堆区在JVM启动时的时候即被创建，其空间大小也就确定了，是JVM管理的最大一块内存空间。
（3）堆内存是可以调节的。
例如：-Xms：10m（起始堆大小） -Xmx：30m（堆最大内存大小）
一般情况可以将起始值和最大值设置为一致，这样会减少垃圾回收之后堆内存重新分配大小的次数，提高效率。
（4）《Java虚拟机规范》中规定，对可以处于物理上不连续的内存空间，但逻辑上它应该被视为连续的。
（5）所有的线程共享java堆，在这里还可以划分私有的缓冲区。
（6）《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：所有的对象实例都应当在运行时分配在堆上。
（7）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。
（8）堆是GC(Garbage Collection,垃圾收集器)执行垃圾回收的重点区域。

2、堆内存区域划分

Java8及之后堆内存分为：新生区（新生代）+老年区（老年代）
新生区分为Eden（伊甸园）区和Survivor（幸存者）区

为什么会分区（代）？

将对象根据存活率进行分类，对存活时间长的对象，放到固定区，从而减少扫描垃圾时间及GC频率。针对分类进行不同的垃圾回收算法，对算法实行扬长避短。

4、对象创建内存分配过程

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中产生内存碎片。
（1）new的新对象先放到伊甸园区，此区有大小限制。
（2）当伊甸园区的空间填满时，程序有需要创建对象是，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区中的不再被引用的对象进行销毁，再加载新的对象放到伊甸园区
（3）然后将伊甸园区中剩余对象移动到幸存者0区。
（4）如果再次出现垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者0区的对象，如果没有回收，就会被放到幸存者1区，每次必须保证有一个幸存者是空的。
（5）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。
（6）什么时候去养老区呢？默认是15次，也可以设置参数，最大值为15
-XX:MaxTenuringThreshold=<N>
在对象头中，它是由 4 位数据来对 GC 年龄进行保存的，所以最大值为 1111， 即为 15。所以在对象的 GC 年龄达到 15 时，就会从新生代转到老年代。
（7）在老年区，相对悠闲，当养老区内存不足时，再次触发Major GC，进行养老区的内存清理。
（8）若养老区执行了Major GC之后发现依然无法进行对象保存，就会产生OOM异常。

例如：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        while (true){
            list.add(new Random().nextInt());
        }
    }
}

死循环入栈直到内存溢出。会爆出异常，如下：

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对象在堆内存中的分配过程总结:
新创建的对象放在伊甸园区，第一次垃圾回收时，垃圾对象会被直接回收，存活下来的对象会将它存放到幸存者0或幸存者1区，再次垃圾回收时，如果没有被垃圾回收的存放在幸存者0区或者幸存者1区的对象会被转移到幸存者0区或者幸存者1区，每次必须保证有一个幸存者0区或者1区是空的(即就是保持内存是完整的)，当对象经过15次垃圾回收之后还存活那么会将该对象转移到老年区。老年区的对象被垃圾回收的效率都很低

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在E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\bin在java的jdk的bin目录下有一个jvisualvm.exe检测工具

在该检测工具里面有一个Visual GC

5、新生区与老年区配置比例

配置新生代与老年代在堆结构的占比（一般不会调）
1、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
2、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
3、当发现在整个项目中，生命周期承德对象偏多，那么就可以通过调整老年代的大小，来进行调优。

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，当然开发人员可以通过选项 -XX:SurvivorRatio 调整这个空间比例。比 如-XX:SurvivorRatio=8 新生区的对象默认生命周期超过 15 ，就会去养老区养老

6、分代收集思想Minor GC、Major GC、Full GC

JVM在进行GC时，并非每次都是新生区和老年区一起回收的，大部分时候回收的都是指新生区。针对HotSpotVM的实现，它里面的GC按照回收区域又分为两大类型：一种是部分收集，一种是整堆收集。
部分收集： 不是完整收集整个java堆的垃圾收集。其中又分为：
新生区收集（Minor GC/Yong GC）：只是新生区（Eden,S0,S1）的垃圾收集。
老年区收集(Major GC / Old GC)：只是老年区的垃圾收集。
整堆收集（Full GC）： 收集整个Java堆和方法区的垃圾收集。
整堆收集出现的情况：
（1）System.gc();时
（2）老年区空间不足
（3）方法区空间不足
开发期间尽量避免整堆收集.

7、TLAB机制

为什么会有TLAB（Thread Local Allocation Buffer）机制？

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？

TLAB的全称是Thread Local Allocation Buffer，即线程本地分配缓存区，这是一个线程专用的内存分配区域。
如果设置了虚拟机参数-XX:UseTLAB，在线程初始化时，同时也会申请一块指定大小的内存，只给当前线程使用，这样每个线程都单独拥有一个空间，如果需要分配内存，就在自己的空间上分配，这样就不存在竞争的情况，可以大大提升分配效率。
JVM 使用 TLAB 来避免多线程冲突，在给对象分配内存时，每个线程使用自 己的 TLAB，这样可以避免线程同步，提高了对象分配的效率。 TLAB 空间的内存非常小，缺省情况下仅占有整个 Eden 空间的 1%，也可以 通过选项-XX:TLABWasteTargetPercent 设置 TLAB 空间所占用 Eden 空间的 百分比大小。

8、堆空间的参数设置

官网地址:
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

 
-XX:+PrintFlagsInitial 查看所有参数的默认初始值 
-XX:+PrintFlagsFinal 查看所有参数的最终值(修改后的值) 
-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: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 S0/S1 空间比例 
-XX:MaxTenuringTreshold:设置新生代垃圾的最大年龄 
-XX:+PrintGCDetails 输出详细的 GC 处理日志

9、字符串常量池

字符串常量池为什么要调整位置？

JDK7 及以后的版本中将字符串常量池放到了堆空间中。因为方法区的回收效率 很低，在 Full GC 的时候才会执行永久代的垃圾回收，而 Full GC 是老年代的空 间不足、方法区不足时才会触发。 这就导致字符串常量池回收效率不高，而我们开发中会有大量的字符串被创建， 回收效率低，导致永久代内存不足。放到堆里，能及时回收内存。