java內存

堆內存

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一塊內存空間,主要用於存放各種類的實例對象。
在 Java 中,堆被劃分成兩個不同的區域:新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被劃分爲三個區域:Eden、From Survivor、To Survivor。
這樣劃分的目的是爲了使 JVM 能夠更好的管理堆內存中的對象,包括內存的分配以及回收。
堆的內存模型大致爲:



從圖中可以看出: 堆大小 = 新生代 + 老年代。其中,堆的大小可以通過參數 –Xms、-Xmx 來指定。
本人使用的是 JDK1.6,以下涉及的 JVM 默認值均以該版本爲準。
默認的,新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值爲 1:2 ( 該值可以通過參數 –XX:NewRatio 來指定 ),即:新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空間大小。
老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空間大小。其中,新生代 ( Young ) 被細分爲 Eden 和 兩個 Survivor 區域,這兩個 Survivor 區域分別被命名爲 from 和 to,以示區分。
默認的,Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通過參數 –XX:SurvivorRatio 來設定 ),即: Eden = 8/10 的新生代空間大小,from = to = 1/10 的新生代空間大小。
JVM 每次只會使用 Eden 和其中的一塊 Survivor 區域來爲對象服務,所以無論什麼時候,總是有一塊 Survivor 區域是空閒着的。
因此,新生代實際可用的內存空間爲 9/10 ( 即90% )的新生代空間。

GC 堆

Java 中的堆也是 GC 收集垃圾的主要區域。GC 分爲兩種:Minor GC、Full GC ( 或稱爲 Major GC )。
Minor GC 是發生在新生代中的垃圾收集動作,所採用的是複製算法。
新生代幾乎是所有 Java 對象出生的地方,即 Java 對象申請的內存以及存放都是在這個地方。Java 中的大部分對象通常不需長久存活,具有朝生夕滅的性質。
當一個對象被判定爲 "死亡" 的時候,GC 就有責任來回收掉這部分對象的內存空間。新生代是 GC 收集垃圾的頻繁區域。
當對象在 Eden ( 包括一個 Survivor 區域,這裏假設是 from 區域 ) 出生後,在經過一次 Minor GC 後,如果對象還存活,並且能夠被另外一塊 Survivor 區域所容納
( 上面已經假設爲 from 區域,這裏應爲 to 區域,即 to 區域有足夠的內存空間來存儲 Eden 和 from 區域中存活的對象 ),則使用複製算法將這些仍然還存活的對象複製到另外一塊 Survivor 區域 ( 即 to 區域 ) 中,然後清理所使用過的 Eden 以及 Survivor 區域 ( 即 from 區域 ),並且將這些對象的年齡設置爲1,以後對象在 Survivor 區每熬過一次 Minor GC,就將對象的年齡 + 1,當對象的年齡達到某個值時 ( 默認是 15 歲,可以通過參數 -XX:MaxTenuringThreshold 來設定 ),這些對象就會成爲老年代。
但這也不是一定的,對於一些較大的對象 ( 即需要分配一塊較大的連續內存空間 ) 則是直接進入到老年代。
Full GC 是發生在老年代的垃圾收集動作,所採用的是標記-清除算法。
現實的生活中,老年代的人通常會比新生代的人 "早死"。堆內存中的老年代(Old)不同於這個,老年代裏面的對象幾乎個個都是在 Survivor 區域中熬過來的,它們是不會那麼容易就 "死掉" 了的。因此,Full GC 發生的次數不會有 Minor GC 那麼頻繁,並且做一次 Full GC 要比進行一次 Minor GC 的時間更長。
另外,標記-清除算法收集垃圾的時候會產生許多的內存碎片 ( 即不連續的內存空間 ),此後需要爲較大的對象分配內存空間時,若無法找到足夠的連續的內存空間,就會提前觸發一次 GC 的收集動作。

GC 日誌

public static void main(String[] args) {
    Object obj = new Object();
    System.gc();
    System.out.println();
    obj = new Object();
    obj = new Object();
    System.gc();
    System.out.println();
}


設置 JVM 參數爲 -XX:+PrintGCDetails,使得控制檯能夠顯示 GC 相關的日誌信息,執行上面代碼,下面是其中一次執行的結果。





Full GC 信息與 Minor GC 的信息是相似的,這裏就不一個一個的畫出來了。
從 Full GC 信息可知,新生代可用的內存大小約爲 18M,則新生代實際分配得到的內存空間約爲 20M(爲什麼是 20M? 請繼續看下面...)。老年代分得的內存大小約爲 42M,堆的可用內存的大小約爲 60M。可以計算出: 18432K ( 新生代可用空間 ) + 42112K ( 老年代空間 ) = 60544K ( 堆的可用空間 )
新生代約佔堆大小的 1/3,老年代約佔堆大小的 2/3。也可以看出,GC 對新生代的回收比較樂觀,而對老年代以及方法區的回收並不明顯或者說不及新生代。
並且在這裏 Full GC 耗時是 Minor GC 的 22.89 倍。

JVM 參數選項

jvm 可配置的參數選項可以參考 Oracle 官方網站給出的相關信息:http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html
下面只列舉其中的幾個常用和容易掌握的配置選項:

 -Xms 初始堆大小。如:-Xms256m
 -Xmx 最大堆大小。如:-Xmx512m
 -Xmn 新生代大小。通常爲 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 個 Survivor 空間。實際可用空間爲 = Eden + 1 個 Survivor,即 90%  
 -Xss JDK1.5+ 每個線程堆棧大小爲 1M,一般來說如果棧不是很深的話, 1M 是絕對夠用了的。
 -XX:NewRatio 新生代與老年代的比例,如 –XX:NewRatio=2,則新生代佔整個堆空間的1/3,老年代佔2/3
 -XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 與 Survivor 的比值。默認值爲 8。即 Eden 佔新生代空間的 8/10,另外兩個 Survivor 各佔 1/10  
 -XX:PermSize 永久代(方法區)的初始大小
 -XX:MaxPermSize 永久代(方法區)的最大值
 -XX:+PrintGCDetails 打印 GC 信息
 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 讓虛擬機在發生內存溢出時 Dump 出當前的內存堆轉儲快照,以便分析用
 1 /** 2  -Xms60m 3  -Xmx60m 4  -Xmn20m 5  -XX:NewRatio=2 ( 若 Xms = Xmx, 並且設定了 Xmn, 那麼該項配置就不需要配置了 ) 6  -XX:SurvivorRatio=8 7  -XX:PermSize=30m 8  -XX:MaxPermSize=30m 9  -XX:+PrintGCDetails10  */11 public static void main(String[] args) {12     new Test().doTest();13 }14 15 public void doTest(){16     Integer M = new Integer(1024 * 1024 * 1);  //單位, 兆(M)17     byte[] bytes = new byte[1 * M]; //申請 1M 大小的內存空間18     bytes = null;  //斷開引用鏈19     System.gc();   //通知 GC 收集垃圾20     System.out.println();21     bytes = new byte[1 * M];  //重新申請 1M 大小的內存空間22     bytes = new byte[1 * M];  //再次申請 1M 大小的內存空間23     System.gc();24     System.out.println();25 }


按上面代碼中註釋的信息設定 jvm 相關的參數項,並執行程序,下面是一次執行完成控制檯打印的結果:

[ GC [ PSYoungGen:  1351K -> 288K (18432K) ]  1351K -> 288K (59392K), 0.0012389 secs ]  [ Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs ] 
[ Full GC (System)  [ PSYoungGen:  288K -> 0K (18432K) ]  [ PSOldGen:  0K -> 160K (40960K) ]  288K -> 160K (59392K)  [ PSPermGen:  2942K -> 2942K (30720K) ],  0.0057649 secs ] [ Times:  user=0.00  sys=0.00,  real=0.01 secs ] 
[ GC [ PSYoungGen:  2703K -> 1056K (18432K) ]  2863K -> 1216K(59392K),  0.0008206 secs ]  [ Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs ] 
[ Full GC (System)  [ PSYoungGen:  1056K -> 0K (18432K) ]  [ PSOldGen:  160K -> 1184K (40960K) ]  1216K -> 1184K (59392K)  [ PSPermGen:  2951K -> 2951K (30720K) ], 0.0052445 secs ]  [ Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs ] 
Heap
 PSYoungGen      total 18432K, used 327K [0x00000000fec00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 16384K, 2% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec51f58,0x00000000ffc00000)
  from space 2048K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x0000000100000000)
  to   space 2048K, 0% used [0x00000000ffc00000,0x00000000ffc00000,0x00000000ffe00000)
 PSOldGen        total 40960K, used 1184K [0x00000000fc400000, 0x00000000fec00000, 0x00000000fec00000)
  object space 40960K, 2% used [0x00000000fc400000,0x00000000fc5281f8,0x00000000fec00000)
 PSPermGen       total 30720K, used 2959K [0x00000000fa600000, 0x00000000fc400000, 0x00000000fc400000)
  object space 30720K, 9% used [0x00000000fa600000,0x00000000fa8e3ce0,0x00000000fc400000)


從打印結果可以看出,堆中新生代的內存空間爲 18432K ( 約 18M ),eden 的內存空間爲 16384K ( 約 16M),from / to survivor 的內存空間爲 2048K ( 約 2M)。
這裏所配置的 Xmn 爲 20M,也就是指定了新生代的內存空間爲 20M,可是從打印的堆信息來看,新生代怎麼就只有 18M 呢? 另外的 2M 哪裏去了? 
別急,是這樣的。新生代 = eden + from + to = 16 + 2 + 2 = 20M,可見新生代的內存空間確實是按 Xmn 參數分配得到的。
而且這裏指定了 SurvivorRatio = 8,因此,eden = 8/10 的新生代空間 = 8/10 * 20 = 16M。from = to = 1/10 的新生代空間 = 1/10 * 20 = 2M。
堆信息中新生代的 total 18432K 是這樣來的: eden + 1 個 survivor = 16384K + 2048K = 18432K,即約爲 18M。
因爲 jvm 每次只是用新生代中的 eden 和 一個 survivor,因此新生代實際的可用內存空間大小爲所指定的 90%。
因此可以知道,這裏新生代的內存空間指的是新生代可用的總的內存空間,而不是指整個新生代的空間大小。
另外,可以看出老年代的內存空間爲 40960K ( 約 40M ),堆大小 = 新生代 + 老年代。因此在這裏,老年代 = 堆大小 - 新生代 = 60 - 20 = 40M。
最後,這裏還指定了 PermSize = 30m,PermGen 即永久代 ( 方法區 ),它還有一個名字,叫非堆,主要用來存儲由 jvm 加載的類文件信息、常量、靜態變量等。

打個盹,回到 doTest() 方法中,可以看到代碼在第 17、21、22 這三行中分別申請了一塊 1M 大小的內存空間,並在 19 和 23 這兩行中分別顯式的調用了 System.gc()。從控制檯打印的信息來看,每次調 System.gc(),是先進行 Minor GC,然後再進行 Full GC。
第 19 行觸發的 Minor GC 收集分析:
從信息 PSYoungGen :  1351K -> 288K,可以知道,在第 17 行爲 bytes 分配的內存空間已經被回收完成。
引起 GC 回收這 1M 內存空間的因素是第 18 行的 bytes = null;   bytes 爲 null 表明之前申請的那 1M 大小的內存空間現在已經沒有任何引用變量在使用它了,
並且在內存中它處於一種不可到達狀態 ( 即沒有任何引用鏈與 GC Roots 相連 )。那麼,當 Minor GC 發生的時候,GC 就會來回收掉這部分的內存空間。
第 19 行觸發的 Full GC 收集分析:
在 Minor GC 的時候,信息顯示 PSYoungGen :  1351K -> 288K,再看看 Full GC 中顯示的 PSYoungGen :  288K -> 0K,可以看出,Full GC 後,新生代的內存使用變成
0K 了 ( 0K,零 K,有沒有人看成是英文的 OK 的 ? 好吧。我承認我第一次看的時候以爲是英文的 OK,當時還特意在控制檯打印 0K 和 OK 來確認。最後發現英文的 O 長得比阿拉伯數字的 0 要豐滿和胖一些。現在印象還是比較深刻的。好像。。我跑題了 ~~ )
剛剛說到 Full GC 後,新生代的內存使用從 288K 變成 0K 了,那麼這 288K 到底哪去了 ? 難道都被 GC 當成垃圾回收掉了 ? 當然不是了。我還特意在 main 方法中 new 了一個 Test 類的實例,這裏的 Test 類的實例屬於小對象,它應該被分配到新生代內存當中,現在還在調用這個實例的 doTest 方法呢,GC 不可能在這個時候來回收它的。
接着往下看 Full GC 的信息,會發現一個很有趣的現象,PSOldGen:  0K  -> 160K,可以看到,Full GC 後,老年代的內存使用從 0K 變成了 160K,想必你已經猜到大概是怎麼回事了。當 Full GC 進行的時候,默認的方式是儘量清空新生代 ( YoungGen ),因此在調 System.gc() 時,新生代 ( YoungGen ) 中存活的對象會提前進入老年代。
第 23 行觸發的 Minor GC 收集分析:
從信息 PSYoungGen :  2703K -> 1056K,可以知道,在第 21 行創建的,大小爲 1M 的數組被 GC 回收了。在第 22 行創建的,大小也爲 1M 的數組由於 bytes 引用變量還在引用它,因此,它暫時未被 GC 回收。 
第 23 行觸發的 Full GC 收集分析:
在 Minor GC 的時候,信息顯示 PSYoungGen :  2703K -> 1056K,Full GC 中顯示的 PSYoungGen :  1056K -> 0K,以及 PSOldGen:  160K -> 1184K,可以知道,新生代 ( YoungGen ) 中存活的對象又提前進入老年代了。


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