堆的概述

• 一个Java程序的运行对应一个进程；
• 一个进程对应着一个JVM实例（JVM的启动由引导类加载器加载启动），同时也对应着多个线程；
• 一个JVM实例拥有一个运行时数据区（Runtime类，为饿汉式单例类）；
• 一个运行时数据区中的堆和方法区是多线程共享的，而本地方法栈、虚拟机栈、程序计数器是线程私有的。

堆内存大小设置

准备工具

代码样例

public class HeapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("start...");
        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("end...");
    }
}

IDEA设置

• -Xms10m用于表示堆区的起始内存为10m，等价于-XX:InitialHeapSize；
• -Xmx10m用于表示堆区的最大内存为10m，等价于-XX:MaxHeapSize；
• 其中-X是JVM的运行参数，ms是memory start

启动程序

堆的分代

• 一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速；
• 另一类是生命周期非常长，在某些情况下还能与JVM的生命周期保持一致；

堆区分代

新生代与老年代在堆结构的占比

• 默认参数-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；
• 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;

Eden与Survivor在堆结构的占比

查看设置的参数

图解对象分配过程

对象分配过程

1. new的对象先放伊甸园区，此区有大小限制；
2. 当伊甸园的空间填满时，程序继续创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC，也叫YGC)：将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁，将未被销毁的对象移动到幸存者0区并分配age；
3. 然后再加载新的对象放到伊甸园区；
4. 如果再次触发垃圾回收，将此次未被销毁的对象和上一次放在幸存者0区且此次也未被销毁的对象一齐移动到幸存者一区，此时新对象的age为1，上次的对象的age加1变为2；
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，age也随之增加；
6. 默认当age为15时，未被回收的对象将移动到老年区。可以通过设置参数来更改默认配置：-XX:MaxTenuringThreshold=<N>；该过程称为晋升（promotion)；
7. 在养老区，相对悠闲，当老年区内存不足时，再次触发GC（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的保存，就会产生OOM异常。

• 针对幸存者s0，s1区：复制之后有交换，谁空谁是to；
• 关于垃圾回收：频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不再永久区/元空间收集。

对象特殊情况分配过程

1. 新对象申请内存，如果Eden放的下，则直接存入Eden；如果存不下则进行YGC；
2. YGC之后如果能存下则放入Eden，如果还存不下（为超大对象），则尝试存入Old区；
3. 如果Old区可以存放，则存入；如果不能存入，则进行Full GC；
4. Full GC之后如果可以存入Old区，则存入；如果内存空间还不够，则OOM；
5. 图右侧为YGC的流程图：当YGC之后未销毁的对象放入幸存者区，此时如果幸存者区的空间可以装下该对象，则存入幸存者区，否则，直接存入老年代；
6. 当在幸存者区的对象超过阈值时，可以晋升为老年代，未达到阈值的依旧在幸存者区复制交换。

内存分配策略

1. 优先分配到Eden；
2. 大对象直接分配到老年代：尽量避免程序中出现过多的大对象；
3. 长期存活的对象分配到老年代；
4. 动态对象年龄判断：如果Survivor区中相同年龄的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可以直接进入到老年代。无需等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄；

数值变小原理

public class HeapSpaceInitial {
    public static void main(String[] args) {

        //返回Java虚拟机中的堆内存总量
        long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
        //返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;

        System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");
        System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");
        
        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
//执行结果
-Xms : 575M
-Xmx : 575M

GC

Partial GC

• 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代的垃圾收集；
• 老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集；
• 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集，只有G1 GC （按照region划分新生代和老年代的数据）会有这种行为。

Full GC

触发机制

年轻代GC（Minor GC）触发机制

1. 当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是Eden代满，Survivor满不会引发GC。(每次Minor GC会清理年轻代的内存，Survivor是被动GC，不会主动GC)
2. 因为Java对象大多都具备“朝生夕灭”的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
3. Minor GC会引发STW（Stop The World），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。

老年代GC(Major GC/Full GC)触发机制

1. 指发生在老年代的GC，对象从老年代消失时，Major GC或者Full GC发生了；
2. 出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（不是绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程），也就是老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间还不足，则触发Major GC；
3. Major GC速度一般会比Minor GC慢10倍以上，STW时间更长；
4. 如果Major GC后，内存还不足，就报OOM了。

Full GC触发机制

1. 调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行；
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小于老年代的可用内存；
5. 由Eden区，Survivor S0（from）区向S1（to）区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小。

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