堆(Heap)是JVM所管理的内存中最大的一块内存区域,也是被各个线程共享的内存区域,该内存区域存放了对象实例及数组(但不是所有的对象实例都在堆中)。堆由垃圾收集器自动回收,是OOM故障最主要的发源地。
通过下两个参数来分配堆使用的内存大小:
上下界调节的方式:
堆分成两大块:新生代和老年代。对象产生之初在新生代,步入暮年时进入老年代,但是老年代也接纳在新生代无法容纳的超大对象。
新生代:1个Eden区 + 2个Survivor区。绝大部分对象在Eden区生成,当Eden区装填满的时候,会触发Young GC。垃圾回收的时候,在Eden区实现清除策略,没有被引用的对象则直接回收。依然存活的对象会被移送到Survivor区,这个区真是名副其实的存在。
方法区(Method Area)也称”永久代”,它用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、是各个线程共享的内存区域。默认最小值为16MB,最大值为64MB。它是一片连续的堆空间,永久代的垃圾收集是和老年代(old generation)捆绑在一起的,因此无论谁满了,都会触发永久代和老年代的垃圾收集。
从JDK7开始移除永久代(但并没有移除,还是存在),贮存在永久代的一部分数据已经转移到了Java Heap或者是Native Heap:
从JDK8开始使用元空间(Metaspace),元空间的大小受本地内存限制。通过下面的参数可以设置:
上下界调节的方式:
由于类的元数据可以在本地内存(native memory)之外分配,所以其最大可利用空间是整个系统内存的可用空间。这样,你将不再会遇到OOM错误,溢出的内存会涌入到交换空间。最终用户可以为类元数据指定最大可利用的本地内存空间,JVM也可以增加本地内存空间来满足类元数据信息的存储。
JVM使用一个块分配器(chunking allocator)来管理Metaspace空间的内存分配。块的大小依赖于类加载器的类型。其中有一个全局的可使用的块列表(a global free list of chunks)。当类加载器需要一个块的时候,类加载器从全局块列表中取出一个块,添加到它自己维护的块列表中。当类加载器死亡,它的块将会被释放,归还给全局的块列表。块(chunk)会进一步被划分成blocks,每个block存储一个元数据单元(a unit of metadata)。Chunk中Blocks的分配线性的(pointer bump)。这些chunks被分配在内存映射空间(memory mapped(mmapped) spaces)之外。在一个全局的虚拟内存映射空间(global virtual mmapped spaces)的链表,当任何虚拟空间变为空时,就将该虚拟空间归还回操作系统。
程序计数寄存器(Program Counter Register)是最小的一块内存区域,它的作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器,在虚拟机的模型里,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器完成。
它是线程私有。每条线程都有一个独立的程序计数器。生命周期随着线程的创建而创建,随着线程的结束而死亡。是唯一一个不会出现OOM的内存区域。
虚拟机栈(JVM Stack)是java方法执行的内存模型。每个方法被执行的时候都会创建一个”栈帧”,用于存储局部变量表(包括参数)、操作栈、方法出口等信息。每个方法被调用到执行完的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。声明周期与线程相同,是线程私有的。
虚拟机栈通过压/出栈的方式,对每个方法对应的活动栈帧进行运算处理,方法正常执行结束,肯定会跳转到另一个栈帧上。在执行的过程中,如果出现异常,会进行异常回溯,返回地址通过异常处理表确定。
栈帧由下面几部分组成:
本地方法栈(Native Stack)与虚拟机栈基本类似,区别在于虚拟机栈为虚拟机执行的java方法服务,而本地方法栈则是为Native方法服务。(栈的空间大小远远小于堆)。
在JVM内存布局中,也是线程对象私有的,但是虚拟机栈“主内”,而本地方法栈“主外”。这个“内外”是针对JVM来说的,本地方法栈为Native方法服务。线程开始调用本地方法时,会进入一个不再受JVM约束的世界。本地方法可以通过JNI(Java Native Interface)来访问虚拟机运行时的数据区,甚至可以调用寄存器,具有和JVM相同的能力和权限。当大量本地方法出现时,势必会削弱JVM对系统的控制力,因为它的出错信息都比较黑盒。
直接内存(也称堆外内存)并不是虚拟机内存的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。jdk1.4中新加入的NIO,引入了通道与缓冲区的IO方式,它可以调用Native方法直接分配堆外内存,这个堆外内存就是本机内存,不会影响到堆内存的大小。
JVM内存模型从线程维度归类分为:线程私有内存、线程共享内存、以及不在堆内的直接内存。如下图:
各空间的分配参数:
GC(Garbage Collection):即垃圾回收器,诞生于1960年MIT的Lisp语言,主要是用来回收,释放垃圾占用的空间。java GC泛指java的垃圾回收机制。
Java堆是GC回收的“重点区域”。堆中基本存放着所有对象实例,gc进行回收前,第一件事就是确认哪些对象存活,哪些死去。
为了高效的回收,Jvm将堆分为三个区域:
早期判断对象是否存活大多都是以这种算法,这种算法判断很简单,简单来说就是给对象添加一个引用计数器,每当对象被引用一次就加1,引用失效时就减1。当为0的时候就判断对象不会再被引用。
目前主流的商用语言(如java、c#)采用的是可达性分析算法判断对象是否存活。这个算法有效解决了循环利用的弊端。它的基本思路是通过一个称为“GC Roots”的对象为起始点,搜索所经过的路径称为用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用跟它连接则证明对象是不可用的。
可作为GC Roots的对象有四种:
要真正宣告对象死亡需经过两个过程:
新生代中因为对象都是”朝生夕死的”,适用于复制算法。它优化了标记/清除算法的效率和内存碎片问题。由于存活率低,不需要复制保留那么大的区域造成空间上的浪费,因此不需要按1:1(原有区域:保留空间)划分内存区域,而是将内存分为一块Eden空间和From Survivor、To Survivor(保留空间),三者默认比例为8:1:1,优先使用Eden区,若Eden区满,则将对象复制到第二块内存区上。但是不能保证每次回收都只有不多于10%的对象存货,所以Survivor区不够的话,则会依赖老年代年存进行分配。
GC开始时,对象只会存于Eden和From Survivor区域,To Survivor(保留空间)为空。
GC进行时,Eden区所有存活的对象都被复制到To Survivor区,而From Survivor区中,仍存活的对象会根据它们的年龄值决定去向,年龄值达到年龄阈值(默认15是因为对象头中年龄战4bit,新生代每熬过一次垃圾回收,年龄+1),则移到老年代,没有达到则复制到To Survivor。
由于老年代存活率高,没有额外空间给他做担保,必须使用这两种算法。
标记/清除算法是几种GC算法中最基础的算法,分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象。
标记/整理算法,与标记/清除算法一样,但后续步骤不是直接对可回收对象进行回收,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉端边线以外的内存。
简单来说,触发的条件就是GC算法区域满了或将满了。
Minor GC:
Full GC:
JVM的GC日志的主要参数包括如下几个:
GC日志样例:
0.070: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7127K->616K(9216K)] 11223K->4720K(19456K), 0.0008663 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 0.072: [GC (Allocation Failure) --[PSYoungGen: 6923K->6923K(9216K)] 11027K->15123K(19456K), 0.0016749 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs] 0.073: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 6923K->0K(9216K)] [ParOldGen: 8200K->6660K(10240K)] 15123K->6660K(19456K), [Metaspace: 2559K->2559K(1056768K)], 0.0044663 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] Heap PSYoungGen total 9216K, used 4404K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000) eden space 8192K, 53% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffa4d1a0,0x00000000ffe00000) from space 1024K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x00000000fff00000) to space 1024K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x0000000100000000) ParOldGen total 10240K, used 6660K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000) object space 10240K, 65% used [0x00000000fec00000,0x00000000ff281398,0x00000000ff600000) Metaspace used 2565K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K class space used 281K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K
注:以上内容收集于互联网多篇文章,在此感谢原作者们。