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  • Java堆内存分配策略(Xmx和Xms)

    千次阅读 2013-03-06 10:34:27
    例子:-Xmx=512M -Xms=64M ...Java堆可以通过Xmx和Xms两个参数指定最大内存512M,最小内存64M。以下为两个常见疑问: 1. 既然都指定了 Xmx 为什么还要设置 Xms 呢? Xms 是必不可少的配置,Xms 是 GC

    转自:http://hi.baidu.com/backupblog/item/abc6f811096603cd39cb304a

    例子:-Xmx=512M -Xms=64M

    Java堆可以通过Xmx和Xms两个参数指定最大内存512M,最小内存64M。以下为两个常见疑问:

    1. 既然都指定了 Xmx 为什么还要设置 Xms 呢?

    Xms 是必不可少的配置,Xms 是 GC 算法进行垃圾收集评判标准中一个必不可少的元素。另外-Xms和-Xmx设置相同时可避免Java堆自动扩展。

    2. Xmx 指定的最大 Java 堆内存是在 Java 进程启动的时候直接一次性分配还是随着堆内存消耗不断增加直到 Xmx?

    Xmx的内存是在Java进程启动的时候直接分配(预留)的,而不是不断增加的。因为大部分 GC 算法依赖于被分配为连续的内存块的堆,因此不能在堆需要扩大时再分配更多本机内存。所有堆内存必须预先保留。

    对于例子中的Xmx=512M是直接预留出512M的内存空间,但启动时的Java进程并不一定全部使用,但512M是它的“领地”。

    注意:

    1. 对于问题2的提问其实有错误,Xmx指定内存并不是真正的分配,而是一种保留,内存保留 != 内存分配。当本机内存被保留时,无法使用物理内存或其他存储器作为备用内存。尽管保留地址空间块不会耗尽物理资源,但会阻止内存被用于其他用途。由保留从未使用的内存导致的泄漏与泄漏分配的内存一样严重。

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  • Java堆内存分配

    千次阅读 2019-04-14 16:22:08
    Java堆内存分配 堆可以细分为:新生代和老年代;其中新生代可以进一步分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。 分代回收 Java采用分代回收的方式进行垃圾回收,新生代主要采用复制算法,老年代采用...

    Java堆内存的分配

    堆可以细分为:新生代和老年代;其中新生代可以进一步分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

    分代回收

    Java采用分代回收的方式进行垃圾回收,新生代主要采用复制算法,老年代采用标记-清除、标记-整理算法:
    首先,一般的对象产生都会在Eden中,较大的对象会直接进入老年代这个由参数 -XX:PretenureSizeThreshold设置。在新生代中三个区域eden,from,to,一个时刻只会有两片内存被使用,首先eden肯定会被使用,from和to只有一片会被使用,主要是由于虚拟机采用的复制算法。

    • minor gc:为了避免在gc的时候产生内存碎片,jvm以牺牲空间的方式来做的,首先eden空间不足时会产生一次minor gc,垃圾回收器会在eden和一片使用的Survivor(假设是from)中进行清理,存活下来的对象会被复制到to中(假设to的大小足够装满),然后清空eden和from,保留下来的对象年龄加一。当年龄到达某一个设定值时会进入老年代,默认是15岁,由参数-XX:MaxTenuringThreshold设置。还有一种情况是在Survivor区域中相同年龄所有对象大小的总和,大于Survivor区域一半时,所有该年龄及以上的都会被移动到老年代。
    • full gc:minor gc时Survivor区域不足以容纳年轻代中存活下来的对象时,且老年代中剩余空间容纳不了新生代中存活下来的对象时会进行full gc。老年代中因为没有进行分区,所以回收算法使用的是标记-清理算法或者标记整理算法。
      新生代两个Survivor区原因:新生代采用复制算法,如果只有一个Survivor区,那么当进行Minor Gc时,可能会产生碎片。
      触发full gc条件:
      1、System.gc()方法的调用

    2、老年代代空间不足

    3、永生区空间不足

    4、CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure

    5、统计得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于老年代的剩余空间

    6、堆中分配很大的对象

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  • 深入理解Java之JVM堆内存分配

    万次阅读 2017-04-20 22:16:56
    Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,所有对象和数组都在堆上进行内存分配。为了进行高效的垃圾回收,虚拟机把堆内存划分成新生代、老年代和永久代(1.8中无永久代,使用metaspace实现)三块区域。 Java把内存...

    Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,所有对象和数组都在堆上进行内存分配。为了进行高效的垃圾回收,虚拟机把堆内存划分成新生代、老年代和永久代(1.8中无永久代,使用metaspace实现)三块区域。
    这里写图片描述

    Java把内存分成两种:栈内存和堆内存。关于堆内存和栈内存的区别与联系。简单的来讲,堆内存用于存放由new创建的对象和数组,在堆中分配的内存,由java虚拟机自动垃圾回收器来管理。而栈内存由使用的人向系统申请,申请人进行管理。

    堆内存初始化

    Java中分配堆内存是自动初始化的,其入口位于Universe::initialize_heap方法中,相关代码如下:
    这里写图片描述

    其中UseParallelGC、UseG1GC、UseConcMarkSweepGC都可以通过启动参数进行设置,整个初始化过程分成三步:
    1、初始化GC策略;
    2、初始化分代生成器;
    3、初始化Java堆管理器;

    GC策略初始化

    HotSpot的GC策略实现如下:
    这里写图片描述

    其中MarkSweepPolicy是基于标记-清除思想的GC策略,如果虚拟机启动参数没有指定GC算法,则使用默认使用UseSerialGC,以ASConcurrentMarkSweepPolicy策略为例,对GC策略的初始化过程进行分析:
    这里写图片描述

    调用父类ConcurrentMarkSweepPolicy构造方法,其中initialize_all定义在GenCollectorPolicy中,相关代码如下:
    这里写图片描述

    initialize_flags

    负责对新生代、老年代以及永久代设置的内存大小进行调整。

    调整永久代

    由CollectorPolicy::initialize_flags实现,永久代的初始值默认为4M,最大值为64M,可以通过参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize进行重新设置。代码如下:

    这里写图片描述

    调整新生代

    由GenCollectorPolicy::initialize_flags实现:
    1、新生代的初始值NewSize默认为1M,最大值需要设置,可以通过参数-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize或-Xmn进行设置;
    2、NewRatio为老年代与新生代的大小比值,默认为2;
    3、SurvivorRatio为新生代中Eden和Survivor的大小比值,默认为8;

    这里写图片描述

    调整老年代

    由TwoGenerationCollectorPolicy::initialize_flags实现
    1、老年代的初始值OldSize默认为4M,可以通过参数-XX:OldSize进行设置;
    2、最大堆大小MaxHeapSize默认为96M,可以通过参数-Xmx进行设置;
    3、如果设置的新生代和老年代的内存容量大于MaxHeapSize,则重新设置MaxHeapSize;

    这里写图片描述

    initialize_size_info

    设置新生代、老年代以及永久代的容量,包括初始值、最小值和最大值

    设置堆容量

    其中InitialHeapSize和Arguments::min_heap_size()可以通过参数-Xms进行设置。
    1、设置初始堆容量_initial_heap_byte_size;
    2、设置最小堆容量_min_heap_byte_size;
    3、设置最大堆容量_max_heap_byte_size;

    相关代码如下:
    这里写图片描述

    设置新生代

    这里写图片描述

    1、如果MaxNewSize重新设置过,即设置-Xmn参数,则根据不同情况设置max_new_size;
    2、否则通过scale_by_NewRatio_aligned方法根据NewRatio和_max_heap_byte_size重新计算max_new_size值,其中NewRatio默认为2,表示新生代的大小占整个堆的1/3;

    这里写图片描述

    3、如果最大堆_max_heap_byte_size等于最小堆_min_heap_byte_size,则设置新生代的初始值、最小值和最大值为max_new_size,否则执行下一步。

    这里写图片描述

    4、如果NewSize重新设置过,即设置了-Xmn参数,则使用NewSize设置_min_gen0_size,否则使用scale_by_NewRatio_aligned方法重新计算新生代最小值和初始值,实现如下:

    这里写图片描述

    设置老年代

    1、如果参数没有设置OldSize,则使用min_heap_byte_size() - min_gen0_size(),即最小堆大小和新生代最小值之差设置老年代最小值,初始值类似;
    2、否则根据设置的OldSize,通过adjust_gen0_sizes方法重新设置新生代的最小值和初始值;

    初始化分代生成器

    分代生成器保存了各个内存代的初始值和最大值,新生代和老年代通过GenerationSpec实现,永久代通过PermanentGenerationSpec实现。

    GenerationSpec

    这里写图片描述

    每个生成器GenerationSpec实例保存当前分代的GC算法、内存的初始值和最大值。

    PermanentGenerationSpec

    这里写图片描述

    除了GenerationSpec实例中的数据,如果设置UseSharedSpaces和DumpSharedSpaces,还需要保存额外的数据。ConcurrentMarkSweepPolicy::initialize_generations方法实现了分代生成器的初始化,实现如下:
    这里写图片描述

    初始化Java堆管理器

    GenCollectedHeap是整个Java堆的管理器,负责Java对象的内存分配和垃圾对象的回收,通过initialize方法进行初始化,相关代码如下:

    这里写图片描述

    1、通过GC策略的number_of_generations方法获取分代数量,如果使用ASConcurrentMarkSweepPolicy,默认分代数为2;
    2、通过align方法对齐生成器的初始值和最大值;

    这里写图片描述

    3、通过allocate为堆申请空间;
    这里写图片描述

    4、通过分代生成器的init方法为对应的分代分配内存空间;
    这里写图片描述

    5、如果当前的GC策略为ConcurrentMarkSweepPolicy,则通过create_cms_collector创建GC线程。

    到此,JVM堆内存的完整分配流程就分析完了。

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  • 本文分析了Java堆内存与栈内存分配的异同
  • Java 虚拟机内存分配机制

    千次阅读 2017-09-15 15:34:45
    Java 虚拟机内存分配机制 内存区域划分 对于大多数的程序员来说,Java 内存比较流行的说法便是和栈,这其实是非常粗略的一种划分,这种划分的“”对应内存模型的 Java ,“栈”是指虚拟机栈,然而 Java ...

    Java 虚拟机内存分配机制

    内存区域划分

    对于大多数的程序员来说,Java 内存比较流行的说法便是堆和栈,这其实是非常粗略的一种划分,这种划分的“堆”对应内存模型的 Java 堆,“栈”是指虚拟机栈,然而 Java 内存模型远比这更复杂,想深入了解 Java 的内存,还是有必要明白整个内存区域分。

    了解 Java GC 机制,必须先清楚在 JVM 中内存区域的划分。 在 Java 运行时的数据区里,由 JVM 管理的内存区域分为下图几个模块:

    JVM 内存划分

    程序计数器(Program Counter Register)

    程序计数器是一个比较小的内存区域,用于指示当前线程所执行的字节码执行到了第几行,可以理解为是当前线程的行号指示器。 字节码解释器在工作时,会通过改变这个计数器的值来取下一条语句指令。

    每个程序计数器只用来记录一个线程的行号,所以它是线程私有(一个线程就有一个程序计数器)的。

    如果程序执行的是一个 Java 方法,则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;如果正在执行的是一个本地( native,由 C 语言编写完成)方法,则计数器的值为 Undefined,由于程序计数器只是记录当前指令地址,所以不存在内存溢出的情况,因此,程序计数器也是所有JVM内存区域中唯一一个没有定义 OutOfMemoryError 的区域。

    虚拟机栈(JVM Stack)

    一个线程的每个方法在执行的同时,都会创建一个栈帧(Statck Frame),栈帧中存储的有局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等,当方法被调用时,栈帧在 JVM 栈中入栈,当方法执行完成时,栈帧出栈。

    局部变量表中存储着方法的相关局部变量,包括各种基本数据类型,对象的引用,返回地址等。 在局部变量表中,只有 long 和 double 类型会占用 2 个局部变量空间(Slot,对于32位机器,一个 Slot 就是 32 个 bit),其它都是 1 个 Slot。 需要注意的是,局部变量表是在编译时就已经确定好的,方法运行所需要分配的空间在栈帧中是完全确定的,在方法的生命周期内都不会改变。

    虚拟机栈中定义了两种异常,如果线程调用的栈深度大于虚拟机允许的最大深度,则抛出 StatckOverFlowError(栈溢出);不过多数 Java 虚拟机都允许动态扩展虚拟机栈的大小(有少部分是固定长度的),所以线程可以一直申请栈,直到内存不足,此时,会抛出 OutOfMemoryError(内存溢出)。

    每个线程对应着一个虚拟机栈,因此虚拟机栈也是线程私有的。

    本地方法栈(Native Method Statck)

    本地方法栈在作用,运行机制,异常类型等方面都与虚拟机栈相同,唯一的区别是:虚拟机栈是执行 Java 方法的,而本地方法栈是用来执行 native 方法的,在很多虚拟机中(如:Sun 的 JDK 默认的 HotSpot 虚拟机),会将本地方法栈与虚拟机栈放在一起使用。

    本地方法栈也是线程私有的。

    堆区(Heap)

    堆区是理解 Java GC 机制最重要的区域,没有之一。 在 JVM 所管理的内存中,堆区是最大的一块,堆区也是 Java GC 机制所管理的主要内存区域,堆区由所有线程共享,在虚拟机启动时创建。 堆区的存在是为了存储对象实例,原则上讲,所有的对象都在堆区上分配内存(不过现代技术里,也不是这么绝对的,也有栈上直接分配的)。

    一般的,根据 Java 虚拟机规范规定,堆内存需要在逻辑上是连续的(在物理上不需要),在实现时,可以是固定大小的,也可以是可扩展的,目前主流的虚拟机都是可扩展的。 如果在执行垃圾回收之后,仍没有足够的内存分配,也不能再扩展,将会抛出 OutOfMemoryError:Java heap space 异常。

    关于堆区的内容还有很多,将在下面“内存分配机制”中详细介绍。

    方法区(Method Area)

    在 Java 虚拟机规范中,将方法区作为堆的一个逻辑部分来对待,但事实上,方法区并不是堆(Non-Heap);另外,不少人的博客中,将 Java GC 的分代收集机制分为 3 个代:青年代,老年代,永久代,这些作者将方法区定义为“永久代”,这是因为,对于之前的 HotSpot Java 虚拟机的实现方式中,将分代收集的思想扩展到了方法区,并将方法区设计成了永久代。 不过,除 HotSpot 之外的多数虚拟机,并不将方法区当做永久代,HotSpot 本身,也计划取消永久代。 本文中,由于主要使用 Oracle JDK6.0,因此仍将使用永久代一词。

    方法区是各个线程共享的区域,用于存储已经被虚拟机加载的类信息(即加载类时需要加载的信息,包括版本、field、方法、接口等信息)、final 常量、静态变量、编译器即时编译的代码等。

    方法区在物理上也不需要是连续的,可以选择固定大小或可扩展大小,并且方法区比堆还多了一个限制:可以选择是否执行垃圾收集。 一般的,方法区上执行的垃圾收集是很少的,这也是方法区被称为永久代的原因之一(HotSpot),但这也不代表着在方法区上完全没有垃圾收集,其上的垃圾收集主要是针对常量池的内存回收和对已加载类的卸载。

    在方法区上进行垃圾收集,条件苛刻而且相当困难,效果也不令人满意,所以一般不做太多考虑,可以留作以后进一步深入研究时使用。

    在方法区上定义了 OutOfMemoryError:PermGen space 异常,在内存不足时抛出。

    • 运行时常量池(Runtime Constant Pool)

    方法区的一部分,用于存储编译期就生成的字面常量、符号引用、翻译出来的直接引用(符号引用就是编码是用字符串表示某个变量、接口的位置,直接引用就是根据符号引用翻译出来的地址,将在类链接阶段完成翻译);运行时常量池除了存储编译期常量外,也可以存储在运行时间产生的常量(比如 String 类的 intern() 方法,作用是 String 维护了一个常量池,如果调用的字符 “abc” 已经在常量池中,则返回池中的字符串地址,否则,新建一个常量加入池中,并返回地址)。

    直接内存(Direct Memory)

    直接内存并不是 JVM 管理的内存,可以这样理解,直接内存,就是 JVM 以外的机器内存。

    比如:你有 4G 的内存,JVM占用了1G,则其余的 3G 就是直接内存,JDK 中有一种基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer)的内存分配方式,将由 C 语言实现的 native 函数库分配在直接内存中,用存储在 JVM 堆中的 DirectByteBuffer 来引用。 由于直接内存收到本机器内存的限制,所以也可能出现 OutOfMemoryError 的异常。

    内存分配机制

    以下面代码为例,来分析,Java 的实例对象在内存中的空间分配。

    //JVM 启动时将 Person.class 放入方法区
    public class Person {
    
    	//new Person 创建实例后,name 引用放入堆区,name 对象放入常量池
        private String name;
    
    	//new Person 创建实例后,age = 0 放入堆区
        private int age;
    
    	//Person 方法放入方法区,方法内代码作为 Code 属性放入方法区
        public Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
    	//toString 方法放入方法区,方法内代码作为 Code 属性放入方法区
        @Override
        public String toString() {
            return "Person{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}';
        }
    }
    
    //JVM 启动时将 Test.class 放入方法区
    public class Test {
    
    	//main 方法放入方法区,方法内代码作为 Code 属性放入方法区
        public static void main(String[] args) {
    
            //person1 是引用放入虚拟机栈区,new 关键字开辟堆内存 Person 自定义对象放入堆区
            Person person1 = new Person("张三", 18);
            Person person2 = new Person("李四", 20);
    
            //通过 person 引用创建 toString() 方法栈帧
            person1.toString();
            person2.toString();
        }
    }
    
    1. 首先 JVM 会将 Test.class, Person.class 加载到方法区,找到有 main() 方法的类开始执行。

    这里写图片描述

    如上图所示,JVM 找到 main() 方法入口,创建 main() 方法的栈帧放入虚拟机栈,开始执行 main() 方法。

    Person person1 = new Person("张三", 18);
    

    执行到这句代码时,JVM 会先创建 Person

    实例放入堆区,person2 也同理。

    1. 创建完 Person 两个实例,main() 方法中的 person1,person2 会指向堆区中的 0x001,0x002(这里的内存地址仅作为示范)。紧接着会调用 Person 的构造函数进行赋值,如下图:

    这里写图片描述

    如上图所示,新创建的的 Person 实例中的 name, age 开始都是默认值。 调用构造函数之后进行赋值,name 是 String 引用类型,会在常量池中创建并将地址赋值给 name,age 是基本数据类型将直接保存数值。

    注:Java 中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术,这些类是 Byte, Short, Integer, Long, Character, Boolean,另外两种浮点数类型的包装类则没有实现。

    基本数据类型包装类 (是否实现了常量池技术)
    byteByte 是
    booleanBoolean 是
    shortShort 是
    charCharacter 是
    intInteger 是
    longLong 是
    floatFloat 否
    doubleDouble 否
    1. Person 实例初始化完后,执行到 toString() 方法,同 main() 方法一样 JVM 会创建一个 toString() 的栈帧放入虚拟机栈中,执行完之后返回一个值。

    这里写图片描述

    参考资料

    《深入理解 Java 虚拟机》

    更多文章

    https://github.com/jeanboydev/Android-ReadTheFuckingSourceCode

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