不是吧！作了两年java还没弄懂JVM堆？进来看看你就明白了

堆的核心概述

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆也是java内存管理的核心区域
Java堆区在jvm启动的时候被建立，其空间大小也就肯定了。是jvm管理的最大一块内存空间。(堆内存的大小能够调节)
《java虚拟机规范》规定，堆能够处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为连续的
全部的线程共享java堆，在这里还能够划分线程私有的缓冲区
《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：全部对象实例以及数组都应该运行时分配在堆上
数组和对象可能永远不会存储在栈上，由于栈帧中保存引用，这个引用指向对象或数组在对中的位置
在方法结束后，堆中对象不会立刻移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除
堆是GC(Garbage Collection)执行垃圾回收的重点区域

内存细分

现代垃圾收集器大部分都基于分代收集理论设计，堆空间分为：

java7以前堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+永久区
java8以后堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+元空间

设置堆内存大小与OOM

设置堆空间大小的参数

设置堆空间大小的参数
-Xms 用来设置堆空间（年轻代+老年代）的初始内存大小
-X 是jvm的运行参数
ms 是memory start
-Xmx 用来设置堆空间（年轻代+老年代）的最大内存大小
默认堆空间的大小
初始内存大小：物理电脑内存大小 / 64
最大内存大小：物理电脑内存大小 / 4
手动设置：-Xms600m -Xmx600m
开发中建议将初始堆内存和最大的堆内存设置成相同的值。
查看设置的参数：方式一： jps / jstat -gc 进程id
方式二：-XX:+PrintGCDetails

OutOfMemory举例

public class OOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Picture> list = new ArrayList<>();
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024 * 1024)));
        }
    }
}
class Picture{
    private byte[] pixels;
    public Picture(int length) {
        this.pixels = new byte[length];
    }
}
//Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

年轻代与老年代

存储在JVM中的java对象能够被划分为两类：

一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的建立和消亡都很是迅速
另一类对象的生命周期却很是短，在某些极端的状况下还可以与JVM的生命周期保持一致
java堆区进一步细分的话，能够分为年轻代和老年代

其中年轻代又能够划分为Eden空间，Survivor0和Survivor1空间(也叫from，to区)

配置新生代与老年代在堆结构的占比

默认-XX:NewRation=2,表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3
在HotSpot中，Eden空间和另外两个Survivor空间大小所占比例为8:1:1

能够经过-XX:SurvivorRatio调整空间比例

几乎全部的Java对象都是在Eden区被new出来的

绝大部分的Java对象的销毁都在新生代进行了

能够经过-Xmn设置新生代的最大内存大小

对象分配过程

概述：

为新对象分配内存是一件很是严谨和复杂的任务，JVM的设计者们不只须要考虑内存如何分配，在哪里分配等问题，而且因为内存分配算法与内存回收算法密切相关，因此还须要考虑GC执行完内存回收后是否会在内存空间中产生内存碎片

new的对象先伊甸园(Eden)。此区有大小限制
当伊甸园的空间填满时，程序有须要建立对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不在被其余对象所引用的对象进行销毁。在加载新的对象放到伊甸园区
而后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存者0区
若是再次触发垃圾回收，此时会从新放回幸存者0区，接着再去幸存者1区
何时进入养老区？能够设置次数。默认为15
能够设置参数：-XX:MaxTenuringThreshold=进行设置

注意事项

survivor区满了不会进行垃圾回收，而是在伊甸园区满了以后垃圾回收算法对伊甸园区进行回收的同时，survivor区会被动的进行垃圾回收

总结

针对幸存者S0，S1区的总结：复制以后有交换，谁空谁是to
关于垃圾回收：频繁在新生区收集，不多在养老区收集，几乎不在永久区/元空间收集

Minor GC，Major GC，Full GC概念

JVM在进行GC时，并不是每次都对上面三个内存(新生代，老年代，方法区)区域一块儿回收的，大部分的时候回收都是指新生代

针对Hotspot VM的实现，它里面的GC按照回收区域又分为两大种类型：一种是部分收集(Partial GC)，一种是整堆收集(FULL GC)

部分收集：不是完整收集java堆的垃圾收集。其中又分为：

新生代收集(Minor GC/Young GC):只是新生代(Eden/S0,S1)的垃圾收集
老年代收集(Major GC/Old GC):只是老年代的垃圾收集
只有CMS GC会有单独收集老年代的行为
注意:不少时候Major GC会和FULL GC混淆使用，须要具体分辨是老年代回收，仍是整堆回收
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
目前只有G1 GC会有这种行为
整堆收集(FULL GC):收集整个java堆和方法区的垃圾收集

年轻代GC(Minor GC)触发机制：

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区满，Survivor满不会引起GC(每次Minor GC会清理年轻代的内存)
由于Java对象大多都是朝生熄灭的特征，因此Minor GC很是频繁，通常回收速度比较快。
Minor GC会引起STW，暂停其余用户的线程，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:

指发生在老 年代的GC，对象从老年代消失时，咱们说“Major GC” 或“Fu1l GC”发生了。
出现了Major GC，常常会伴随至少一.次的Minor GC (但非绝对的，在ParallelScavenge收集器的收集策略里就有直接进行MajorGC的策略选择过程)
也就是在老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。 若是以后空间还不足，则触发Major GC
Major GC的速度通常会比Minor Gc慢10倍以上，STW的时间更长。
若是Major GC后，内存还不足，就报00M了。
Fu11 GC触发机制
触发Fu1l GC执行的状况有以下五种:

调用System. gc()时，系统建议执行Full GC，可是没必要然执行
老年代空间不足
方法区空间不足
经过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
由Eden区、survivor space0 (From Space) 区向survivor space1 (ToSpace) 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
说明: full gc是开发或调优中尽可能要避免的。这样暂时时间会短一些。

堆空间分代思想

为何要把java堆分代？

经研究代表：不一样对象的生命周期不一样。70%-99%的对象都是临时对象
新生代：有Eden，两块大小相同的Survivor(from/to或S0/S1)构成，其中to总为空
不分代能正常工做吗？

其实不分代彻底能够，分代的惟一理由就是优化GC性能。若是没有分代，那全部的对象都在一块，就如同把一个学校的人都关在一个教室。GC的时候要找到哪些对象没用这样就会对堆的全部区域进行扫描。而不少对象都是朝生夕死的，若是分代的话，把新建立的对象放到某一地方，当GC的时候先把这块存储“朝生夕死”对象的区域进行回收，这样就会腾出很大的空间出来。

内存分配策略

若是对象在Eden出生并通过第一次MinorGC 后仍然存活，而且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并将对象年龄设为1。对象在Survivor区中每熬过一次MinorGC ，年龄就增长1 岁，当它的年龄增长到必定程度(默认为15岁，其实每一个JVM、每一个GC都有所不一样)时，就会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值，能够经过选项-XX : MaxTenuringThreshold来设置

针对不一样年龄段的对象分配原则以下所示:

优先分配到Eden
大对象直接分配到老年代
尽可能避免程序中出现过多的大对象
长期存活的对象分配到老年代
动态对象年龄判断
若是Survivor 区中相同年龄的全部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能够直接进入老年代，无须等到MaxTenur ingThreshold中要求的年龄。
空间分配担保
-XX:HandlePromotionFailure

对象分配内存：TLAB(Thread Local Allocation Buffer)

堆区是线程共享的区域，任何线程均可以访问到堆区中的共享数据
因为对象实例的建立在JVM中很是频繁，所以在并发环境下从堆区中划份内存空间是线程不安全的
为避免多个线程操做同一地址，须要使用加锁等机制，进而影响分配速度

什么是TLAB

从内存模型而不是垃圾收集的角度，对Eden区域继续进行划分，JVM为每一个线程分配了一个私有缓冲区，它包含在Eden空间内
多线程同时分配内存时，使用TLAB能够避免一系列的非线程安全问题，同时还可以提高内存分配的吞吐量，所以咱们能够将这种内存分配方式称之为快速分配策略

尽管不是全部的对象实例都可以在TLAB中成功分配内存，但JVM确实是将TLAB做为内存分配的首选。
在程序中，开发人员能够经过选项“-XX :UseTLAB”设置是否开启TLAB空间。
默认状况下，TLAB空间的内存很是小，占有整个Eden空间的1%，固然咱们能够经过选项“-XX:TLABWasteTargetPercent”设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小。
一旦对象在TLAB空间分配内存失败时，JVM就会尝试着经过使用加锁机制确保数据操做的原子性，从而直接在Eden空间中分配内存。

分配过程

堆空间的参数配置

测试堆空间经常使用的jvm参数：

-XX:+PrintFlagsInitial : 查看全部的参数的默认初始值
-XX:+PrintFlagsFinal ：查看全部的参数的最终值（可能会存在修改，再也不是初始值）

具体查看某个参数的指令： jps：查看当前运行中的进程

jinfo -flag SurvivorRatio 进程id

-Xms：初始堆空间内存 （默认为物理内存的1/64）
-Xmx：最大堆空间内存（默认为物理内存的1/4）
-Xmn：设置新生代的大小。(初始值及最大值)
-XX:NewRatio：配置新生代与老年代在堆结构的占比
-XX:SurvivorRatio：设置新生代中Eden和S0/S1空间的比例
-XX:MaxTenuringThreshold：设置新生代垃圾的最大年龄
-XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
打印gc简要信息：① -XX:+PrintGC ② -verbose:gc
-XX:HandlePromotionFailure：是否设置空间分配担保
在发生MinorGC以前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代全部对象的总空间。

若是大于，则这次Minor GC是安全的
若是小于，则虚拟机会查看-XX: HandlePromotionFailure设置值是否容许担保失败。
若是HandlePromotionFailure=true， 那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象的平均大小。
若是大于，则尝试进行一次Minor GC，但此次Minor GC依然是有风险的;
若是小于，则改成进行一-次Full GC。
若是HandlePromotionFailure=false， 则改成进行一次Full GC。
在JDK6 Update24之 后，HandlePromotionFailure参数不会再影响到虚拟机的空间分配担保策略，观察OpenJDK中的源码变化，虽然源码中还定义了
HandlePromotionFailure参数，可是在代码中已经不会再使用它。JDK6 Update24以后的规则变为只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小就会进行Minor GC，不然将进行Full GC。

分配对象的选择

在《深刻理解Java虚拟机》中关于Java堆内存有这样一段描述：随着JIT编译期的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配，标量替换优化技术将会致使一些微妙的变化，全部的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么绝对了

在JVM中，对象是在java堆中分配内存的，这是一个广泛的常识，可是，有一种特殊的状况，那就是若是通过逃逸分析(Escape Analysis)后发现，一个对象没有逃逸出方法的话，那么久可能被优化成栈上分配。这样就无需在堆上分配内存，也无需进行；垃圾回收了。这也是最多见的堆外存储技术。

此外，在基于OpenJdk深度指定的TaoBaoVm，其中创新的GCIH(GC invisible heap)技术实现off-heap,将生命周期较长的Java对象从heap中移至heap外，而且GC不能管理GCIH内部的java对象，以此达到下降GC的回收频率和提高GC的回收率的目的

逃逸分析概述

如何将堆上的对象分配到栈，须要使用逃逸分析手段
这是一种有效减小Java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法
经过逃逸分析，Java HotSpot编译器可以分析出一个新的对象引用的使用范围从而决定是否要将这个对象分配到堆上
逃逸分析的基本行为就是分析对象动态做用域
当一个对象在方法中被定义后，对象只在方法内部使用，则认为没有发生逃逸
当一个对象在方法中被定义后，被外部方法所引用，则认为发生逃逸。例如做为调用参数专递到其余地方中

参数设置:

在JDK 6u23版本以后，HotSpot中默认就已经开启了逃逸分析。
若是使用的是较早的版本，开发人员则能够经过:
选项“-XX: fDoEscapeAnalysis"显式开启逃逸分析
经过选项“-XX: +PrintEscapeAnalysis" 查看逃逸分析的筛选结果。

代码优化

栈上分配。将堆分配转化为栈分配，若是一个对象在子程序中被分配，要使指向该对象的指针永远不会逃逸，对象多是栈分配的候选，而不是堆分配
同步省略。若是一个对象被发现只能从一个线程被访问到，那么对于这个对象的操做能够不考虑同步
分离对象或标量替换。有的对象可能不须要做为一个连续的内存结构存在也能够被访问到，那么对象的部分或所有能够不存储在内存，而是存储在CPU的寄存器中

栈上分配

JIT编译器在编译期间根据逃逸分析的结果，发现若是一个对象并无逃逸出方法的话，就可能被优化成栈上分配。分配完成以后，继续在调用栈内执行，最后线程结束，栈空间被回收，局部变量对象也被回收，这样就无需进行垃圾回收了。

常见的栈上分配场景：给成员变量赋值，方法返回值，实例引用传递

同步省略

线程同步的代价是至关高的，同步的后果是下降并发性和性能。
在动态编译同步块的时候，JIT编译器能够借助逃逸分析来判断同步块所使用的锁对象是否可以被同一个线程访问而没有被发布到其余线程。若是没有，那么JIT编译器在编译这个同步块的时候就去取消对这部分代码的同步功能，这样就能大大提升并发性和性能，这个取消同步的过程就叫同步省略，也叫锁消除

public void f(){
    Object hollis = new Object();
    synchronized(hollis){
        System.out.print(hollis)
    }
}

代码中hollis这个对象进行加锁，可是hollis对象的生命周期只在f()方法中，并不会被其余线程所访问，因此在JIT编译阶段就会被优化掉。优化成：

public void f(){
    Object hollis = new Object();
    System.out.print(hollis)
}

标量替换

标量(Scalar)是指一个没法在分解成更小的数据的数据。Java中的原始数据类型就是标重.

相对的，那些还能够分解的数据叫作聚合量(Aggregate)，Java中的对象就是聚合量，由于他能够分解成其余聚合量和标量。

在JIT阶段，若是通过逃逸分析，发现一个对象不会被外界访问的话，那么通过JIT优化，就会把这个对象拆解成若干个其中包含的若干个成员变量来代替。这个过程就是标量替换。

public static void main(String[] args) {
        alloc();
    }
    private static void alloc(){
        Point point = new Point(1,2);
    }
    class Point{
        private int x;
        private int y;
        public Point(int x,int y){
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
    }

以上代码通过标量替换后就会变成

private static void alloc(){
        int x = 1;
        int y = 2;
  }

能够看到，Point这个聚合量通过逃逸分析后，发现他并无逃逸，就被替换成两个聚合量了。

标量替换的好处：能够大大减小堆内存的占用，由于一旦不须要建立了，那么就不须要分配堆内存了

##标量替换参数

-XX:+EliminateAllocations:开启了标量替换(默认打开)，容许对象打散分配在栈上