Java堆內存介紹及簡單性能調優

Java底層最重要的一部分就是jvm堆內存，它影響着Java的性能。
這篇博客主要介紹Java堆內存的分區及簡單的Java調優。

一、Java堆內存

首先看這張圖：

• 堆中的分區
  Java堆內存分爲兩部分：年輕代、老年代
  其中，年輕代分兩個部分：Eden、Survivor

• 內存分配
  老年代的內存佔堆內總內存的2/3
  年輕代佔1/3，在年輕代中，Eden分8/10，From和To都是1/10
  例：堆中總共300M空間，那麼老年代有200M，年輕代有100M

• 運行時到底是什麼個情況呢？
  當我們new一個對象之後，首先，這個對象就會被放入Eden區，直到Eden區內存被佔滿

• Eden滿了之後：
  Eden滿了後，就會觸發垃圾回收機制gc，但是呢，在這個地方是minor gc。minor gc會回收Eden區的垃圾對象（沒有任何指針引用程序的對象）
  

• 垃圾對象？
  可以理解爲：當main函數結束時，棧幀區域會被銷燬掉，然後局部變量也就被釋放掉，那麼指向堆中對象的指針也就被幹掉了，最後，堆中的對象就是個垃圾對象。這裏我們要注意一個點：查找垃圾對象的起始是從棧幀中開始的，然後查到的時一個局部變量

• 可達性分析算法？GC Root？
  在垃圾對象裏面說了，堆中的對象是由局部變量指出的，那麼我們就可以利用它來判斷是不是垃圾對象，這裏的局部變量就可以理解爲GC Root。可達性分析算法就是以GC Root爲起點，往下搜索，找到的對象就不是垃圾對象，找不到的就是垃圾對象。

• 接着minor gc
  上面已經說了，minor gc只是針對Eden區的。然後，當進行一次minor gc後，Eden中的垃圾對象全部被幹掉，剩下的非垃圾對象，要進入Survivor區中的From中，這時候，這些非垃圾對象的分代年齡就會加一。

• 分代年齡？對象頭？
  分代年齡存放在對象的對象頭中，每經歷一輪的垃圾回收，分代年齡就會加一
  對象頭：（https://blog.csdn.net/lkforce/article/details/81128115#1%EF%BC%8CMark%20Word）

  1. Mark Word
  2. 指向類的指針
  3. 數組長度（只有數組對象纔有）

• 然後Eden區再次滿的時候，又會觸發垃圾回收，再次將垃圾對象（包括剛剛放入from中變成新垃圾的對象）幹掉，把Eden和From中非垃圾對象放入To中，並將年齡加一。
  當下次Eden再滿的時候，又會把Eden和To中的非垃圾對象放入From中，年齡加一，以此不斷循環……

• 所以年齡有什麼卵用？
  當進行的次數多了，直到年齡達到了15（可以改這個參數），這時候就會被移到老年代

• 上面已經說過，老年代也有一定的大小，那麼如果老年代滿的時候怎麼辦呢？
  這時候就會發生full gc

下面我們以代碼爲例，查看運行時的各區情況：
利用上篇微信紅包中的main函數，使它進入死循環
（對微信紅包算法感興趣的可以看：https://blog.csdn.net/qq_44357371/article/details/103115263）

public static void main(String[] args) {
		while (true) {
			test.thirdMethod(5, 20);
		}
	}

old就是代表老年區，我們可以看到Eden區是最快的，然後就發生垃圾回收……，和上面所述相符。

說實話，我想看old區被塞滿的情況，可惜它增長的太慢了。。。

• 接着full gc。STW？
  當發生full gc時，就會產生STW（stop world，，毀掉整個世界），（哈哈哈，沒這麼牛逼）。這時候呢，就會暫停所有的線程，讓垃圾回收機制專心的回收垃圾。這樣的話，用戶端會卡掉。
• 爲什麼要把線程停掉呢？
  考慮一種情況，如果在找垃圾時，剛好已經在某個鏈條上面了，這時候，如果線程把這條鏈給幹掉了，那麼後面的本來應該全部是垃圾的，但是gc沒有把它們給找出來，所以停掉線程。

二、性能調優

• Jvm性能調優到底調的是什麼？
  我們上面已經知道，minor gc發生時，對性能的影響不大，但是full gc發生時，對性能的影響是巨大的。所以調優就是要減少full gc發生的次數，減少STW出現次數；還有就是在發生了Full gc時，所有的線程停掉等待垃圾回收，所以，減少垃圾回收時間。

下面舉一個調優例子：

首先分析：
我們設置了堆的大小爲3G，老年區就有2G，eden有800M，from和to各佔100M
線程在運行時，每秒產生60M的對象，用後直接幹掉變垃圾，這樣大概每13秒就會把Eden佔滿，觸發minor gc。
但是一個問題，在第13s產生的進程，會被直接移到survivor區，但是它的大小超過了survivor中一個區的一半，這時候觸發對象動態年齡判斷機制，直接進入老年代。
但是着60M的對象，在下一秒就又變成了垃圾。。。這樣算下來，大概5、6分鐘就會使老年代觸發full gc，這樣的效率是極其低下的。
所以呢，我們可以對這個系統進行一個調優：
把這些參數改一下，我們可以儘量讓垃圾在年輕代就被幹掉。
總共3G，把old區設置爲1G（因爲沒那麼多要放的），這樣，新生代就有了2G，這樣，Eden分了1.6G，from和to分別200M
這時候，每秒60M的對象過來，最後那一秒在Eden區中傳入survivor中，但是根據對象動態年齡判斷機制，60M小於from或to的一半，不會被傳進老年代，變成垃圾，直接被minor gc乾死，所以基本上，老年代就不可能被放滿，所以就極大的改善了性能！！！

今晚收穫巨大。jvm內容還多，路途且長，繼續奮鬥！
圖片來源：諸葛老師