JVM

最新推荐文章于 2022-10-25 08:26:01 发布

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本文深入解析JVM内存模型，包括永久代、堆内存、栈内存的划分及其作用，探讨内存溢出原因与解决方案，提供JVM参数调整指南，以减少GC频率，提升系统性能。

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说明：本系列内容部分转载于他人博客 https://www.cnblogs.com/kivi/p/3197825.html

一、内存模型

从大的方面来讲，JVM的内存模型分为两大块：

永久区内存（ Permanent space ）和堆内存（heap space）。

栈内存（stack space）一般都不归在JVM内存模型中，因为栈内存属于线程级别。

每个线程都有个独立的栈内存空间。

Permanent space里存放加载的Class类级对象如class本身，method，field等等。

heap space主要存放对象实例和数组。

heap space由Old Generation和New Generation组成，Old Generation存放生命周期长久的实例对象，而新的对象实例一般放在New Generation。

New Generation还可以再分为Eden区(圣经中的伊甸园)、和Survivor区，新的对象实例总是首先放在Eden区，Survivor区作为Eden区和Old区的缓冲，可以向Old区转移活动的对象实例。

下图是JVM在内存空间（堆空间）中申请新对象过程的活动图：

没错，我们常见的OOM（out of memory）内存溢出异常，就是堆内存空间不足以存放新对象实例时导致。

永久区内存溢出相对少见，一般是由于需要加载海量的Class数据，超过了非堆内存的容量导致。通常出现在Web应用刚刚启动时，因此Web应用推荐使用预加载机制，方便在部署时就发现并解决该问题。

栈内存也会溢出，但是更加少见。

堆和栈：

-->Java栈是与每一个线程关联的，JVM在创建每一个线程的时候，会分配一定的栈空间给线程。它主要用来存储线程执行过程中的局部变量，方法的返回值，以及方法调用上下文。栈空间随着线程的终止而释放。StackOverflowError：如果在线程执行的过程中，栈空间不够用，那么JVM就会抛出此异常，这种情况一般是死递归造成的。

-->Java堆是由所有的线程共享的一块内存区域，堆用来保存各种JAVA对象，比如数组，线程对象等。

-->堆和栈分离的好处：面向对象的设计，当然除了面向对象的设计带来的维护性，复用性和扩展性方面的好处外，我们看看面向对象如何巧妙的利用了堆栈分离。如果从JAVA内存模型的角度去理解面向对象的设计，我们就会发现对象它完美的表示了堆和栈，对象的数据放在堆中，而我们编写的那些方法一般都是运行在栈中，因此面向对象的设计是一种非常完美的设计方式，它完美的统一了数据存储和运行。

堆内存优化：

调整JVM启动参数-Xms -Xmx -XX:newSize -XX:MaxNewSize，如调整初始堆内存和最大对内存 -Xms256M -Xmx512M。或者调整初始New Generation的初始内存和最大内存 -XX:newSize=128M -XX:MaxNewSize=128M。

永久区内存优化：

调整PermSize参数如 -XX:PermSize=256M -XX:MaxPermSize=512M。

栈内存优化：

调整每个线程的栈内存容量如 -Xss2048K

最终，一个运行中的JVM所占的内存= 堆内存 + 永久区内存 + 所有线程所占的栈内存总和。

对JVM内存的系统级的调优主要的目的是减少GC的频率和Full GC的次数，过多的GC和Full GC是会占用很多的系统资源（主要是CPU），影响系统的吞吐量。特别要关注Full GC，因为它会对整个堆进行整理，导致Full GC一般由于以下几种情况：

1. 旧生代空间不足
调优时尽量让对象在新生代GC时被回收、让对象在新生代多存活一段时间和不要创建过大的对象及数组避免直接在旧生代创建对象
2. Pemanet Generation空间不足
增大Perm Gen空间，避免太多静态对象
统计得到的GC后晋升到旧生代的平均大小大于旧生代剩余空间
控制好新生代和旧生代的比例
3. System.gc()被显示调用
垃圾回收不要手动触发，尽量依靠JVM自身的机制
调优手段主要是通过控制堆内存的各个部分的比例和GC策略来实现，下面来看看各部分比例不良设置会导致什么后果

1）新生代设置过小

一是新生代GC次数非常频繁，增大系统消耗；二是导致大对象直接进入旧生代，占据了旧生代剩余空间，诱发Full GC

2）新生代设置过大

一是新生代设置过大会导致旧生代过小（堆总量一定），从而诱发Full GC；二是新生代GC耗时大幅度增加

一般说来新生代占整个堆1/3比较合适

3）Survivor设置过小

导致对象从eden直接到达旧生代，降低了在新生代的存活时间

4）Survivor设置过大

导致eden过小，增加了GC频率

另外，通过-XX:MaxTenuringThreshold=n来控制新生代存活时间，尽量让对象在新生代被回收

堆内存大小设置

-Xms :初始堆大小。只要启动，就占用的堆大小
-Xmx :最大堆大小。java.lang.OutOfMemoryError: Java heap这个错误可以通过配置-Xms和-Xmx参数来设置
-Xss：栈大小分配。栈是每个线程私有的区域，通常只有几百K大小，决定了函数调用的深度，而局部变量、参数都分配到栈上。当出现大量局部变量，递归时，会发生栈空间OOM（java.lang.StackOverflowError）之类的错误。
-XX:NewSize=n :设置新生代大小的绝对值
-XX:NewRatio=n: 设置年轻代和年老代的比值。比如设置为3，则新生代：老年代=1：3，新生代占1/4的总heap大小。
-XX:SurvivorRatio=n :年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有from和to两个。比如设置为8时，那么eden:from:to=8:1:1
-XX:MaxPermSize=n :设置持久代大小；java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space这个OOM错误需要合理调大PermSize和MaxPermSize大小。
-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError ：发生OOM时转储堆到文件，这是一个非常好的诊断方法。
-XX:HeapDumpPath ：导出堆的转储文件路径
-XX:OnOutOfMemoryError：OOM时，执行一个脚本，比如发送邮件报警，重启程序。后面跟着一个脚本的路径。