JVM内存和垃圾回收-07.堆

1.核心概述

• 一个JVM只存在一个堆内存
• 堆在JVM启动时就被创建，大小也确定下来了(可以调节)
• 堆可以在物理上不连续，逻辑上视为连续
• 所有线程共享Java堆，但可以划分线程私有的缓冲区(TLAB)
• 所有对象实例和数组都分配在堆上
• 方法结束后堆中的对象不会马上被移除，在GC时才被移除(堆是GC的重点区域)
• 内存细分：
  • Java7及之前堆内存逻辑上分为：新生区+养老区+永久区
  • Java8及之后堆内存逻辑上分为：新生区+养老区+元空间

2.堆空间大小设置

• -Xms：表示堆区(年轻代+老年代)的起始内存(默认物理电脑内存大小/64)
• -Xmx：表示堆区(年轻代+老年代)的最大内存，堆中内存大小超过该值就抛出OOM(默认物理电脑内存大小/4)

通过将上述两个参数设置为相同的值，目的是在GC清理完堆区后不需要重新分隔计算堆区大小，提供性能

3.年轻代和老年代

• 在JVM中的对象可以根据存活时间分为两类：

  • 生命周期短的对象，该类对象的创建和消亡非常迅速

  • 生命周期长的对象，该类对象没必要每次GC都去判断是否回收

• 堆区的划分(一般不包括方法区)可以进一步分为年轻代和老年代(可以通过-XX:NewRatio设置二者占比；通过-XX:SurvivorRatio设置年轻代中三个部分的占比)

• 几乎所有Java对象都是在Eden区被new出来的(一些较大的对象并不是在该区new出来的)
• 大部分的Java对象的销毁都是在新生代进行(即GC频繁发生在新生区，很少在养老区，几乎不在永久区/元空间收集)

为什么要分代？为了优化GC性能。假如不分代，则GC的时候要找到哪些对象没用，则需要对整个堆进行扫描。其实很多对象都是存活周期很短，把这些对象放在一个特定的地方(即分代)，GC的时候就可以经常去处理这块区域

4.对象分配过程

内存分配算法和内存回收算法密切相关，所以需要考虑GC执行完内存回收后是否会存在内存碎片

对象分配过程如下：

1. new的对象放在Eden区
2. Eden区填满后，此时程序还要继续创建对象时，垃圾回收器会在Eden区进行GC(Minor GC/Young GC)，将该区中不再被其他对象引用的对象销毁，然后再加载新对象
3. 将Eden区中剩余对象移动到Survivor0区(绿色代表幸存对象，红色代表被GC的对象，数字1表示年龄计数器为1)

• 如果再次触发垃圾回收，会将此次幸存对象(Eden区的)和在Survivor0区且未被GC的对象都放在Survivor1区，同时年龄计数器也要相应改变(注意此时Survivor0区变空)。此时的Survivor0区为from区，Survivor1区为to区

• 下次再进行GC就是将当前Eden区幸存对象和在在Survivor1区且未被GC的对象都放在Survivor0区。此时的Survivor1区为from区，Survivor0区为to区

• 当在Survivor1区或Survivor0区中的对象的年龄计数器已经累加到15，将该对象转移到养老区

• 在养老区中内存不足时，会触发Major GC；如果进行GC后依旧无法保存对象，报OOM异常

注意：Minor GC是在Eden区满了才触发，Survivor0/1区满了是不会触发Minor GC，但是Minor GC在回收的时候是将Eden区和Survivor0/1区一起回收

综上所述，整体流程如下图：

5.Minor GC、Major GC和Full GC

• JVM进行GC时并不是每次对新生代、老年代和方法区一起回收。所以分为两个类型：

  • 部分收集：
    • Minor GC：只对新生代的GC
    • Major GC：只对老年代的GC
    • Mixed GC：对整个新生代以及部分老年代的GC
  • 整堆收集(Full GC)：对整个堆和方法区进行GC

• Minor GC的触发：

  • 年轻代空间(指Eden区，Survivor满时不触发GC)不足时
  • 该GC速度快
  • 该GC会导致STW(即暂停其他用户线程，等GC结束才恢复)

• Major GC的触发：

  • 老年代空间不足时，会先尝试Minor GC，空间还是不足就触发Major GC
  • 该GC比Minor GC慢10倍，STW的时间也更长

• Full GC的触发：

  • 调用System.gc()
  • 老年代空间不足
  • 方法区空间不足
  • 通过Minir GC进入老年代的对象大小大于老年代可用内存

6.为对象分配内存：TLAB

• 为什么有TLAB(Thread Local Allocatuin Buffer)？

  • 由于堆是线程共享区域，所以并发情况下在堆中创建对象是线程不安全的(因为不同线程可能在同一个堆中某部分内存上创建不同的对象)
  • 加锁的话影响内存的分配速度

• 什么是TLAB？

  • 在Eden区为每个线程分配一个私有的缓存区域TLAB
  • 每个线程在各自的TLAB中创建对象

  

• 对象分配内存的过程：

  

最后

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