堆

概述

堆与进程：

堆针对一个JVM进程来说是唯一的。也就是一个进程只有一个JVM实例，一个JVM实例中就有一个运行时数据区，一个运行时数据区只有一个堆和一个方法区。
但是进程包含多个线程，他们是共享同一堆空间的。

堆的特点：

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启动的时候即被创建，其空间大小也就确定了，堆是JVM管理的最大一块内存空间，并且堆内存的大小是可以调节的。
《Java虚拟机规范》规定，堆可以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。
所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）防止堆空间并发性差 （完整的堆空间一定所有都线程共享的吗？ 不是部分区域是线程私有的 TLAB每个线程各有一份）
《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：所有的对象实例以及数组都应当在运行时分配在堆上。（The heap is the run-time data area from which memory for all class instances and arrays is allocated）
- 从实际使用角度看：**“几乎”**所有的对象实例都在堆分配内存，但并非全部。因为还有一些对象是在栈上分配的（逃逸分析，标量替换）
数组和对象可能永远不会存储在栈上（不一定），因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置。
在方法结束后，堆中的对象不会马上被移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除。
- 也就是触发了GC的时候，才会进行回收
- 如果堆中对象马上被回收，那么用户线程就会收到影响，因为有stop the word
堆，是GC（Garbage Collection，垃圾收集器）执行垃圾回收的重点区域。

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通过jvisualvm.exe查看堆内存分配

堆分配

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，堆空间细分为：

Java7 及之前堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+永久区
- Young Generation Space 新生区 Young/New
  - 又被划分为Eden区和Survivor区
- Old generation space 养老区 Old/Tenure
- Permanent Space 永久区 Perm
Java 8及之后堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+元空间
- Young Generation Space 新生区，又被划分为Eden区和Survivor区
- Old generation space 养老区
- Meta Space 元空间 Meta

约定：新生区 <–> 新生代 <–> 年轻代、养老区 <–> 老年区 <–> 老年代、永久区 <–> 永久代

堆空间

具体细分

设置堆内存

Java堆区用于存储Java对象实例，那么堆的大小在JVM启动时就已经设定好了，大家可以通过选项”-Xms”和”-Xmx”来进行设置。
- -Xms用于表示堆区的起始内存，等价于**-XX:InitialHeapSize**
- -Xmx则用于表示堆区的最大内存，等价于**-XX:MaxHeapSize**
一旦堆区中的内存大小超过“-Xmx”所指定的最大内存时，将会抛出OutofMemoryError异常。
通常会将-Xms和-Xmx两个参数配置相同的值

原因：假设两个不一样，初始内存小，最大内存大。在运行期间如果堆内存不够用了，会一直扩容直到最大内存。如果内存够用且多了，也会不断的缩容释放。频繁的扩容和释放造成不必要的压力，避免在GC之后调整堆内存给服务器带来压力。
如果两个设置一样的就少了频繁扩容和缩容的步骤。内存不够了就直接报OOM

默认情况下:

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

/**
 * 1. 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
 *
 * 2. 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
 * 3. 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。
 *		频繁的扩容和减容会给系统带来不必要的压力.
 *
 * 4. 查看设置的参数：方式一： jps   /  jstat -gc 进程id
 *                  方式二：-XX:+PrintGCDetails
 */
public class HeapSpaceInitial {
    public static void main(String[] args) {

        //返回Java虚拟机中的堆内存总量
        long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
        //返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;

        System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");
        System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");

        System.out.println("系统内存大小为：" + initialMemory * 64.0 / 1024 + "G");
        System.out.println("系统内存大小为：" + maxMemory * 4.0 / 1024 + "G");

        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

以上结果为:

-Xms : 213M
-Xmx : 3157M
系统内存大小为：13.3125G
系统内存大小为：12.33203125G

然而实际上的堆内存大小如下图所示：内存有222M 这是为什么？

jps：查看java进程
jstat：查看某进程内存使用情况

查看某进程内存使用情况

原因在于：由于垃圾回收的复制算法，实际上存放对象的只有是EC和S0C或S1C其中的一个 因此新生代的内存大小计算只计算伊甸园区和一个幸存者区

OOM

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];
    }
}

设置虚拟机参数

-Xms600m -Xmx600m

最终输出结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.atguigu.java.Picture.<init>(OOMTest.java:29)
	at com.atguigu.java.OOMTest.main(OOMTest.java:20)

Process finished with exit code 1

通过jvisualvm.exe查看堆内存变化图

堆内存变化图

通过jvisualvm.exe查看详细堆内存数据

年轻代和老年代

存储在JVM中的Java对象可以被划分为两类：
- 一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速
- 另外一类对象的生命周期却非常长，在某些极端的情况下还能够与JVM的生命周期保持一致
Java堆区进一步细分的话，可以划分为年轻代（YoungGen）和老年代（oldGen）
其中年轻代又可以划分为Eden空间、Survivor0空间和Survivor1空间（有时也叫做from区、to区）

年轻代和老年代

下面这些参数开发中一般不会调：

参数设置

配置新生代与老年代在堆结构的占比
- 默认**-XX:NewRatio**=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3
- 可以修改**-XX:NewRatio**=4，表示新生代占1，老年代占4，新生代占整个堆的1/5
- 如果生命周期较长的对象较多建议将老年代的比例增大
在HotSpot中，Eden空间和另外两个survivor空间缺省所占的比例是8 : 1 : 1
当然开发人员可以通过选项**-XX:SurvivorRatio**调整这个空间比例。比如-XX:SurvivorRatio=8
几乎所有的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（有些大的对象在Eden区无法存储时候，将直接进入老年代），IBM公司的专门研究表明，新生代中80%的对象都是“朝生夕死”的。
可以使用选项”-Xmn”设置新生代最大内存大小，但这个参数一般使用默认值就可以了。

/**
 * -Xms600m -Xmx600m
 *
 * -XX:NewRatio ： 设置新生代与老年代的比例。默认值是2.
 * -XX:SurvivorRatio ：设置新生代中Eden区与Survivor区的比例。默认值是8
 * -XX:-UseAdaptiveSizePolicy ：关闭自适应的内存分配策略  （暂时用不到）
 * -Xmn:设置新生代的空间的大小。 （一般不设置）
 *
 * @author shkstart  shkstart@126.com
 * @create 2020  17:23
 */
public class EdenSurvivorTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("我只是来打个酱油~");
        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}