一、前言

對(duì)于Java虛擬機(jī)在內(nèi)存分配與回收的學(xué)習(xí)，如果讀者大學(xué)時(shí)代沒有偷懶的話，操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)組成原理這兩門功課學(xué)的比較好的話，理解起來(lái)JVM是比較容易的，只要底子還在，很多東西都可以觸類旁通。

1.1 計(jì)算機(jī)==>操作系統(tǒng)==>JVM

JVM全稱為Java Virtual Machine，譯為Java虛擬機(jī)，讀者會(huì)問，虛擬機(jī)虛擬的是誰(shuí)呢？即虛擬是對(duì)什么東西的虛擬，即實(shí)體是什么，是如何虛擬的？下面讓我們來(lái)看看“虛擬與實(shí)體”。

​關(guān)于計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)、JVM三者關(guān)系，如下圖：​

1.1.1 虛擬與實(shí)體（對(duì)上圖的結(jié)構(gòu)層次分析）

JVM之所以稱為之虛擬機(jī)，是因?yàn)樗菍?shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的虛擬化。下表展示JVM位于操作系統(tǒng)堆內(nèi)存中，分別實(shí)現(xiàn)的了對(duì)操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的虛擬化。

操作系統(tǒng)棧對(duì)應(yīng)JVM棧，操作系統(tǒng)堆對(duì)應(yīng)JVM堆，計(jì)算機(jī)磁盤對(duì)應(yīng)JVM方法區(qū)，存放字節(jié)碼對(duì)象，計(jì)算機(jī)PC寄存器對(duì)應(yīng)JVM程序計(jì)數(shù)器（注意：計(jì)算機(jī)PC寄存器是下一條指令地址，JVM程序計(jì)數(shù)器是當(dāng)前指令的地址），

唯一不同的是，整個(gè)計(jì)算機(jī)(內(nèi)存(操作系統(tǒng)棧+操作系統(tǒng)堆)+磁盤+PC計(jì)數(shù)器)對(duì)應(yīng)JVM占用的整個(gè)內(nèi)存(JVM棧+JVM堆+JVM方法區(qū)+JVM程序計(jì)數(shù)器)。

1.1.2 Java程序執(zhí)行（對(duì)上圖的箭頭流程分析）

上圖中不僅是結(jié)構(gòu)圖，展示JVM的虛擬和實(shí)體的關(guān)系，也是一個(gè)流程圖，上圖中的箭頭展示JVM對(duì)一個(gè)對(duì)象的編譯執(zhí)行。

程序員寫好的類加載到虛擬機(jī)執(zhí)行的過(guò)程是：當(dāng)一個(gè)classLoder啟動(dòng)的時(shí)候，classLoader的生存地點(diǎn)在JVM中的堆，首先它會(huì)去主機(jī)硬盤上將Test.class裝載到JVM的方法區(qū)，方法區(qū)中的這個(gè)字節(jié)文件會(huì)被虛擬機(jī)拿來(lái)new Test字節(jié)碼()，然后在堆內(nèi)存生成了一個(gè)Test字節(jié)碼的對(duì)象，最后Test字節(jié)碼這個(gè)內(nèi)存文件有兩個(gè)引用一個(gè)指向Test的class對(duì)象，一個(gè)指向加載自己的classLoader。整個(gè)過(guò)程上圖用箭頭表示，這里做說(shuō)明。

就像本文開始時(shí)說(shuō)過(guò)的，有了計(jì)算機(jī)組成原理和操作系統(tǒng)兩門課的底子，學(xué)起JVM的時(shí)候會(huì)容易許多，因?yàn)镴VM本質(zhì)上就是對(duì)計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)的虛擬，就是一個(gè)虛擬機(jī)。

Java正是有了這一套虛擬機(jī)的支持，才成就了跨平臺(tái)（一次編譯，永久運(yùn)行）的優(yōu)勢(shì)。

這樣一來(lái)，前言部分我們成功引入JVM，接下來(lái)，本文要講述的重點(diǎn)是JVM自動(dòng)內(nèi)存管理，先給出總述：

JVM自動(dòng)內(nèi)存管理=分配內(nèi)存（指給對(duì)象分配內(nèi)存）+回收內(nèi)存（回收分配給對(duì)象的內(nèi)存）

上面公式告訴我們，JVM自動(dòng)內(nèi)存管理分為兩塊，分配內(nèi)存和回收內(nèi)存

二、JVM內(nèi)存空間與參數(shù)設(shè)置

 2.1 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

JVM在執(zhí)行Java程序的過(guò)程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域。這些運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)包括方法區(qū)、堆、虛擬棧、本地方法棧、程序計(jì)數(shù)器，如圖：

讓我們一步步介紹，對(duì)于運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，很多博客都是使用順序介紹的方式，不利于讀者對(duì)比比較學(xué)習(xí)，這里筆者以表格的方式呈現(xiàn)：

讓我們對(duì)上表繼續(xù)深入，講述上表中的StackOverflowError和OutOfMemoryError。

對(duì)于運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的五個(gè)區(qū)域，如果討論生命周期，一般討論 堆 和 方法區(qū)，因?yàn)槠渌齻€(gè)是線程私有的，生命周期很簡(jiǎn)單；

如果討論垃圾回收算法和垃圾收集器，一般只討論 堆，因?yàn)榉椒▍^(qū)里面存放的是要存活比較久的數(shù)據(jù)，其他兩個(gè)棧和一個(gè)程序計(jì)數(shù)器僅保存了引用，只有堆中才是實(shí)際分配對(duì)象的，而要回收的就是對(duì)象；

如果討論 棧溢出，只討論本地方法棧和虛擬機(jī)棧，還有程序計(jì)數(shù)器；如果討論 內(nèi)存泄漏，討論后面四個(gè)，唯獨(dú)不討論程序計(jì)數(shù)器。

方法區(qū) 是 堆 邏輯的一部分，存放一些 類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼 ，為什么這些東西放到 方法區(qū) 里面而不是放到堆里面，因?yàn)檫@些是用很久的，不用回收的，所以這里沒有放到堆上（堆分為年輕代和老年代），經(jīng)常要回收，所以里面只能放經(jīng)常要回收的對(duì)象，又按照對(duì)象存活時(shí)間分為年輕代和老年代。

方法區(qū)JDK8之后變?yōu)橹苯觾?nèi)存，理由在于

2.2 關(guān)于StackOverflowError和OutOfMemoryError

2.2.1 StackOverflowError

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中，拋出棧溢出的就是虛擬機(jī)棧和本地方法棧，

產(chǎn)生原因：線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度。因?yàn)镴VM棧深度是有限的而不是無(wú)限的，但是一般的方法調(diào)用都不會(huì)超過(guò)JVM的棧深度，如果出現(xiàn)棧溢出，基本上都是代碼層面的原因，如遞歸調(diào)用沒有設(shè)置出口或者無(wú)限循環(huán)調(diào)用。

解決方法：程序員檢查代碼是否有無(wú)限循環(huán)即可。

2.2.2 OutOfMemoryError

容易發(fā)生OutOfMemoryError內(nèi)存溢出問題的內(nèi)存空間包括：Permanent Generation space和Heap space。

1、第一種java.lang.OutOfMemoryError： PermGen space（方法區(qū)拋出）

產(chǎn)生原因：發(fā)生這種問題的原意是程序中使用了大量的jar或class，使java虛擬機(jī)裝載類的空間不夠，與Permanent Generation space有關(guān)。所以，根本原因在于jar或class太多，方法區(qū)堆溢出，則解決方法有兩個(gè)種，要么增大方法區(qū)，要么減少jar、class文件，且看解決方法。

解決方法：

從增大方法區(qū)方面入手：

增加java虛擬機(jī)中的XX:PermSize和XX:MaxPermSize參數(shù)的大小，其中XX:PermSize是初始永久保存區(qū)域大小，XX:MaxPermSize是最大永久保存區(qū)域大小。

如web應(yīng)用中，針對(duì)tomcat應(yīng)用服務(wù)器，在catalina.sh 或catalina.bat文件中一系列環(huán)境變量名說(shuō)明結(jié)束處增加一行：
JAVA_OPTS=" -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m"
可有效解決web項(xiàng)目的tomcat服務(wù)器經(jīng)常宕機(jī)的問題。

從減少jar、class文件入手：

清理應(yīng)用程序中web-inf/lib下的jar，如果tomcat部署了多個(gè)應(yīng)用，很多應(yīng)用都使用了相同的jar，可以將共同的jar移到tomcat共同的lib下，減少類的重復(fù)加載。

2、第二種OutOfMemoryError： Java heap space（堆拋出）

產(chǎn)生原因：發(fā)生這種問題的原因是java虛擬機(jī)創(chuàng)建的對(duì)象太多，在進(jìn)行垃圾回收之間，虛擬機(jī)分配的到堆內(nèi)存空間已經(jīng)用滿了，與Heap space有關(guān)。所以，根本原因在于對(duì)象實(shí)例太多，Java堆溢出，則解決方法有兩個(gè)種，要么增大堆內(nèi)存，要么減少對(duì)象示例，且看解決方法。

解決方法：

1.從增大堆內(nèi)存方面入手：

增加Java虛擬機(jī)中Xms（初始堆大小）和Xmx（最大堆大?。﹨?shù)的大小。如：set JAVA_OPTS= -Xms256m -Xmx1024m

2.從減少對(duì)象實(shí)例入手：

一般來(lái)說(shuō)，正常程序的對(duì)象，堆內(nèi)存時(shí)絕對(duì)夠用的，出現(xiàn)堆內(nèi)存溢出一般是死循環(huán)中創(chuàng)建大量對(duì)象，檢查程序，看是否有死循環(huán)或不必要地重復(fù)創(chuàng)建大量對(duì)象。找到原因后，修改程序和算法。

3、第三種OutOfMemoryError：unable to create new native thread（Java虛擬機(jī)棧、本地方法棧拋出）

產(chǎn)生原因：這個(gè)異常問題本質(zhì)原因是我們創(chuàng)建了太多的線程，而能創(chuàng)建的線程數(shù)是有限制的，導(dǎo)致了異常的發(fā)生。能創(chuàng)建的線程數(shù)的具體計(jì)算公式如下：

(MaxProcessMemory - JVMMemory - ReservedOsMemory) / (ThreadStackSize) = Number of threads

注意：MaxProcessMemory 表示一個(gè)進(jìn)程的最大內(nèi)存，JVMMemory 表示JVM內(nèi)存，ReservedOsMemory 表示保留的操作系統(tǒng)內(nèi)存，ThreadStackSize 表示線程棧的大小。

在java語(yǔ)言里， 當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)線程的時(shí)候，虛擬機(jī)會(huì)在JVM內(nèi)存創(chuàng)建一個(gè)Thread對(duì)象同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)操作系統(tǒng)線程，而這個(gè)系統(tǒng)線程的內(nèi)存用的不是JVMMemory，而是系統(tǒng)中剩下的內(nèi)存(MaxProcessMemory - JVMMemory - ReservedOsMemory)。由公式得出結(jié)論：你給JVM內(nèi)存越多，那么你能創(chuàng)建的線程越少，越容易發(fā)生 java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

解決方法：

1.如果程序中有bug，導(dǎo)致創(chuàng)建大量不需要的線程或者線程沒有及時(shí)回收，那么必須解決這個(gè)bug，修改參數(shù)是不能解決問題的。
2.如果程序確實(shí)需要大量的線程，現(xiàn)有的設(shè)置不能達(dá)到要求，那么可以通過(guò)修改MaxProcessMemory，JVMMemory，ThreadStackSize這三個(gè)因素，來(lái)增加能創(chuàng)建的線程數(shù)：MaxProcessMemory 表示使用64位操作系統(tǒng)，VMMemory 表示減少 JVMMemory 的分配，ThreadStackSize 表示減小單個(gè)線程的棧大小。

2.3 JVM堆內(nèi)存和非堆內(nèi)存

2.3.1 堆內(nèi)存和非堆內(nèi)存

JVM內(nèi)存劃分為堆內(nèi)存和非堆內(nèi)存，堆內(nèi)存分為年輕代（Young Generation）、老年代（Old Generation），非堆內(nèi)存就一個(gè)永久代（Permanent Generation）。

年輕代又分為Eden和Survivor區(qū)。Survivor區(qū)由FromSpace和ToSpace組成。Eden區(qū)占大容量，Survivor兩個(gè)區(qū)占小容量，默認(rèn)比例是8:1:1。

堆內(nèi)存用途：存放的是對(duì)象，垃圾收集器就是收集這些對(duì)象，然后根據(jù)GC算法回收。

非堆內(nèi)存用途：永久代，也稱為方法區(qū)，存儲(chǔ)程序運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期存活的對(duì)象，比如類的元數(shù)據(jù)、方法、常量、屬性等。

在JDK1.8版本廢棄了永久代，替代的是元空間（MetaSpace），元空間與永久代上類似，都是方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)，他們最大區(qū)別是：永久代使用的是JVM的堆內(nèi)存空間，而元空間使用的是物理內(nèi)存，直接受到本機(jī)的物理內(nèi)存限制。在后面的實(shí)踐中，因?yàn)楣P者使用的是JDK8，所以打印出的GC日志里面就有MetaSpace。

2.3.2 JVM堆內(nèi)部構(gòu)型（新生代和老年代）

Jdk8中已經(jīng)去掉永久區(qū)，這里為了與時(shí)俱進(jìn)，不再贅余。

上圖演示Java堆內(nèi)存空間，分為新生代和老年代，分別占Java堆1/3和2/3的空間，新生代中又分為Eden區(qū)、Survivor0區(qū)、Survivor1區(qū)，分別占新生代8/10、1/10、1/10空間。

問題1：什么是Java堆？

回答1：JVM規(guī)范中說(shuō)到:”所有的對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配”。Java堆是垃圾回收器管理的主要區(qū)域，百分之九十九的垃圾回收發(fā)生在Java堆，另外百分之一發(fā)生在方法區(qū)，因此又稱之為”GC堆”。根據(jù)JVM規(guī)范規(guī)定的內(nèi)容，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中。

問題2：為什么Java堆要分為新生代和老年代？

回答2：當(dāng)前JVM對(duì)于堆的垃圾回收，采用分代收集的策略。根據(jù)堆中對(duì)象的存活周期將堆內(nèi)存分為新生代和老年代。在新生代中，每次垃圾回收都有大批對(duì)象死去，只有少量存活。而老年代中存放的對(duì)象存活率高。這樣劃分的目的是為了使 JVM 能夠更好的管理堆內(nèi)存中的對(duì)象，包括內(nèi)存的分配以及回收。

問題3：為什么新生代要分為Eden區(qū)、Survivor0區(qū)、Survivor1區(qū)？

回答3：這是結(jié)構(gòu)與策略相適應(yīng)的原則，新生代垃圾收集使用的是復(fù)制算法（一種垃圾收集算法，Serial收集器、ParNew收集器、Parallel scavenge收集器都是用這種算法），復(fù)制算法可以很好的解決垃圾收集的內(nèi)存碎片問題，但是有一個(gè)天然的缺陷，就是要犧牲一半的內(nèi)存（即任意時(shí)刻只有一半內(nèi)存用于工作），這對(duì)于寶貴的內(nèi)存資源來(lái)說(shuō)是極度奢侈的。新生代在使用復(fù)制算法作為其垃圾收集算法的時(shí)候，對(duì)其做了優(yōu)化，拿出2/10的新生代的內(nèi)存作為交換區(qū)，稱為Survivor0區(qū)和Survivor1區(qū)（注意：有的博客上稱為From Survivor Space和To Survivor Space，這樣闡述也是對(duì)的，但是容易對(duì)初學(xué)者形成誤導(dǎo)，因?yàn)樵趶?fù)制算法中，復(fù)制是雙向的，沒有固定的From和To，這一次是由這一邊到另一邊，下次就是從另一邊到這一邊，使用From Survivor Space和To Survivor Space容易讓后來(lái)學(xué)習(xí)者誤以為復(fù)制只能從一邊到另一邊，當(dāng)然有的博客中會(huì)附加不管從哪邊到哪邊，起始就是From，終點(diǎn)就是To，即From Survivor Space和To Survivor Space所對(duì)應(yīng)的區(qū)循環(huán)對(duì)調(diào)，但是讀者不一定想的明白。所以筆者這里使用Survivor0、Survivor1，減少誤解）

所以說(shuō)，新生代在結(jié)構(gòu)上分為Eden區(qū)、Survivor0區(qū)、Survivor1區(qū)，是與其使用的垃圾收集算法（復(fù)制算法）相適應(yīng)的結(jié)果。

問題4：關(guān)于永久區(qū)Permanent Space？

回答4：Jdk8中取消了永久區(qū)Permanent Space，使用 元數(shù)據(jù)空間metaspace，使用直接內(nèi)存…

問題：什么是老年代擔(dān)保機(jī)制？
回答：因?yàn)樾律屠夏甏?：2，如果在eden區(qū)放不下，會(huì)放到老年區(qū)，如果minor gc的時(shí)候，survivor區(qū)放不下，也會(huì)放到老年區(qū)，所有，有時(shí)候會(huì)在老年區(qū)里面有 不少gc年齡比較小 的大對(duì)象，就是因?yàn)槟贻p代放不下了，老年代擔(dān)保機(jī)制多次觸發(fā)會(huì)增加老年代負(fù)擔(dān)，過(guò)早地觸發(fā)major gc，說(shuō)明當(dāng)前的 eden survivor 比例設(shè)置不太好。

問題：為什么eden:survivor1:survivor2=8:1:1？
回答：這個(gè)可以設(shè)置的，VM Options: -XX:SurvivorRatio=8 新生代中Eden區(qū)域與Survivor區(qū)域的容量比值，默認(rèn)為8，代表Eden:Survivor=8:1。如果eden區(qū)域占比小，那么minor gc會(huì)比較頻繁，gc線程是占用cpu資源的，是stop the world的，不好；如果eden區(qū)域占比大，則survivor區(qū)域變小了，survivor區(qū)滿了也會(huì)觸發(fā)老年代擔(dān)保機(jī)制。

Minor GC觸發(fā)條件：eden區(qū)滿時(shí)，觸發(fā)MinorGC。即申請(qǐng)一個(gè)對(duì)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)eden區(qū)不夠用，則觸發(fā)一次MinorGC。在MinorGC時(shí)，將小于 to space大小的存活對(duì)象復(fù)制到 to space（如果to space區(qū)域不夠，則利用擔(dān)保機(jī)制進(jìn)入老年代區(qū)域），然后to space和from space換位置，所以我們看到的to space一直是空的。

問題：為什么年輕代age是0~15，到了16就移動(dòng)到老年代？
回答：對(duì)象頭中用四個(gè)bit位存放分代年齡，所以就是 0~15。

無(wú)論是對(duì)象大小還是對(duì)象年輕，進(jìn)入老年代的閾值都是可以用參數(shù)設(shè)置的，VM Options: -XX:PretenureSizeThreshold=3145728，表示大于3MB都到老年代中去；VM Options: -XX:MaxTenuringThreshold=2，表示經(jīng)歷兩次Minor GC，就到老年代中去。

問題：虛擬機(jī)怎么知道哪個(gè)對(duì)象要回收，哪個(gè)對(duì)象不回收？
回答：兩種方式：要么 引用計(jì)數(shù) ，要么 根節(jié)點(diǎn)+可達(dá)性分析。
引用計(jì)數(shù)：這種方式有循環(huán)引用的問題，Java中不使用，python是使用。
解釋一下引用計(jì)數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，java要回收的對(duì)象要求是沒有引用指向的，就是程序中沒有了用的對(duì)象，才可以回收，要求gc不影響程序?？匆粋€(gè)循環(huán)引用的問題：

public class Main1 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        B b = new B();   // 這個(gè)時(shí)候 new A()對(duì)象和new B()對(duì)象引用計(jì)數(shù)為1，就是a b
        a.instance = b;
        b.instance = a;   // 這個(gè)時(shí)候 new A()對(duì)象和new B()對(duì)象引用計(jì)數(shù)為2，就是a b a.instance b.instance
        a = null;
        b = null;  // 這個(gè)時(shí)候 new A()對(duì)象和new B()對(duì)象已經(jīng)沒有引用了，但是引用計(jì)數(shù)仍然為1，instance還在指向
    }
}

class A {
     B instance;
}

class B {
     A instance;
}

對(duì)于 根節(jié)點(diǎn)+可達(dá)性分析，確定若干個(gè)根節(jié)點(diǎn)，從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，可以達(dá)到的就是可達(dá)的引用，所指向的對(duì)象不可回收，反之可以回收。如圖：

obj1 引用指向?qū)ο?，obj2 引用指向?qū)ο?，obj3 引用指向?qū)ο?，而對(duì)象3 中又引用 對(duì)象4，對(duì)象5 不是 gc root，所以 對(duì)象5 和 對(duì)象6 都在可達(dá)性鏈 中。最終，對(duì)象1 對(duì)象2 對(duì)象3 對(duì)象4 都是可達(dá)的，不會(huì)被垃圾收集器回收，對(duì)象5 對(duì)象6 是不可達(dá)的，要被垃圾收集器回收。

2.4 JVM堆參數(shù)設(shè)置

這些都是和堆內(nèi)存分配有關(guān)的參數(shù)，所以我們放在第二部分了，和垃圾收集器有關(guān)的參數(shù)放在第四部分。

舉例：java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m

2.4.1 JVM重要參數(shù)

因?yàn)檎麄€(gè)堆大小=年輕代大?。ㄐ律笮。?+ 年老代大小 + 持久代大小，

-Xmn2g：表示年輕代大小為2G。持久代一般固定大小為64m，所以增大年輕代后，將會(huì)減小年老代大小。此值對(duì)系統(tǒng)性能影響較大，Sun官方推薦配置為整個(gè)堆的3/8。

-XX:NewRatio=4:設(shè)置年輕代（包括Eden和兩個(gè)Survivor區(qū)）與年老代的比值（除去持久代）。這里設(shè)置為4，表示年輕代與年老代所占比值為1：4，又因?yàn)樯厦嬖O(shè)置年輕代為2G，則老年代大小為8G

-XX:SurvivorRatio=8：設(shè)置年輕代中Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比值。這里設(shè)置為8，則兩個(gè)Survivor區(qū)與一個(gè)Eden區(qū)的比值為2:8，一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/10

則Eden:Survivor0:Survivor1=8:1:1

-XX:MaxPermSize=16m:設(shè)置持久代大小為16m。

所有整個(gè)堆大小=年輕代大小 + 年老代大小 + 持久代大小= 2G+ 8G+ 16M=10G+6M=10246MB

2.4.2 JVM其他參數(shù)

-Xmx3550m：設(shè)置JVM最大可用內(nèi)存為3550M。
-Xms3550m：設(shè)置JVM促使內(nèi)存為3550m，此值可以設(shè)置與-Xmx相同。

-Xss128k：設(shè)置每個(gè)線程的堆棧大小。JDK5.0以后每個(gè)線程堆棧大小為1M，以前每個(gè)線程堆棧大小為256K。更具應(yīng)用的線程所需內(nèi)存大小進(jìn)行調(diào)整。在相同物理內(nèi)存下，減小這個(gè)值能生成更多的線程。但是操作系統(tǒng)對(duì)一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程數(shù)還是有限制的，不能無(wú)限生成，經(jīng)驗(yàn)值在3000~5000左右。

關(guān)于為什么-xmx與-xms的大小設(shè)置為一樣的？

• 首先，在Java堆內(nèi)存分配中，-xmx用于指定JVM最大分配的內(nèi)存，-xms用于指定JVM初始分配的內(nèi)存，所以，-xmx與-xms相等表示JVM初次分配的內(nèi)存的時(shí)候就把所有可以分配的最大內(nèi)存分配給它（指JVM），這樣的做的好處是：
• 避免JVM在運(yùn)行過(guò)程中、每次垃圾回收完成后向OS申請(qǐng)內(nèi)存：因?yàn)樗械目梢苑峙涞淖畲髢?nèi)存第一個(gè)就給它(JVM)了。
• 延后啟動(dòng)后首次GC的發(fā)生時(shí)機(jī)、減少啟動(dòng)初期的GC次數(shù)：因?yàn)榈谝淮谓o它分配了最大的；
• 盡可能避免使用swap space：swap space為交換空間，當(dāng)web項(xiàng)目部署到linux上時(shí)，有一條調(diào)優(yōu)原則就是“盡可能使用內(nèi)存而不是交換空間”
• 設(shè)置堆內(nèi)存為不可擴(kuò)展和收縮，避免在每次GC 后調(diào)整堆的大小

影響堆內(nèi)存擴(kuò)展與收縮的兩個(gè)參數(shù)

由上表可知，堆內(nèi)存默認(rèn)是自動(dòng)擴(kuò)展和收縮的，但是有一個(gè)前提條件，就是到xmx比xms大的時(shí)候，當(dāng)我們將xms設(shè)置為和xmx一樣大，堆內(nèi)存就不可擴(kuò)展和收縮了，即整個(gè)堆內(nèi)存被設(shè)置為一個(gè)固定值，避免在每次GC 后調(diào)整堆的大小。

附加：在Java非堆內(nèi)存分配中，一般是用永久區(qū)內(nèi)存分配：

JVM 使用 -XX:PermSize 設(shè)置非堆內(nèi)存初始值，由 -XX:MaxPermSize 設(shè)置最大非堆內(nèi)存的大小。

2.5 從日志看JVM（開發(fā)實(shí)踐）

這里了設(shè)置GC日志關(guān)聯(lián)的類和將GC日志打印

如程序所述，申請(qǐng)了10MB的空間，allocation1 2MB+allocation2 2MB+allocation3 2MB+allocation4 4MB=10MB

接下來(lái)我們開始閱讀GC日志，這里筆者以自己電腦上打印的GC日志為例，講述閱讀GC日志的方法：

heap表示堆，即下面的日志是對(duì)JVM堆內(nèi)存的打??；

因?yàn)槭褂玫氖莏dk8，所以默認(rèn)使用ParallelGC收集器，也就是在新生代使用Parallel Scavenge收集器，老年代使用ParallelOld收集器

PSYoungGen 表示使用Parallel scavenge收集器作為年輕代收集器，ParOldGen表示使用Parallel old收集器作為老年代收集器，即筆者電腦上默認(rèn)是使用Parallel scavenge+Parallel old收集器組合。

其中，PSYoungGen總共38400K（37.5MB），被使用了13568K（13.25MB）,PSYoungGen又分為Eden Space 33280K(32.5MB) 被使用了40% 13MB，from space 5120K(5MB)和to space 5120K(5MB)，這就是一個(gè)eden區(qū)和兩個(gè)survivor區(qū)。

此處注意，因?yàn)槭褂玫氖莏dk8，所以沒有永久區(qū)了，只有MetaSpace，見上圖。

三、HotSpot VM

3.1 HotSpot VM相關(guān)知識(shí)

問題一：什么是HotSpot虛擬機(jī)？HotSpot VM的前世今生？

回答一：HotSpot VM是由一家名為“Longview Technologies”的公司設(shè)計(jì)的一款虛擬機(jī)，Sun公司收購(gòu)Longview Technologies公司后，HotSpot VM成為Sun主要支持的VM產(chǎn)品，Oracle公司收購(gòu)Sun公司后，即在HotSpot的基礎(chǔ)上，移植JRockit的優(yōu)秀特性，將HotSpot VM與JRockit VM整合到一起。

問題二：HotSpot VM有何優(yōu)點(diǎn)？

回答二：HotSpot VM的熱點(diǎn)代碼探測(cè)能力可以通過(guò)執(zhí)行計(jì)數(shù)器找出最具有編譯價(jià)值的代碼，然后通知JIT編譯器以方法為單位進(jìn)行編譯。如果一個(gè)方法被頻繁調(diào)用，或方法中有效循環(huán)次數(shù)很多，將會(huì)分別觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)編譯和OSR（棧上替換）編譯動(dòng)作。 通過(guò)編譯器與解釋器恰當(dāng)?shù)貐f(xié)同工作，可以在最優(yōu)化的程序響應(yīng)時(shí)間與最佳執(zhí)行性能中取得平衡，而且無(wú)須等待本地代碼輸出才能執(zhí)行程序，即時(shí)編譯的時(shí)間壓力也相對(duì)減小，這樣有助于引入更多的代碼優(yōu)化技術(shù)，輸出質(zhì)量更高的本地代碼。

問題三：HotSpot VM與JVM是什么關(guān)系？

回答三：今天的HotSpot VM，是Sun JDK和OpenJDK中所帶的虛擬機(jī)，也是目前使用范圍最廣的Java虛擬機(jī)。

3.2 HotSpot VM的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)與查看本機(jī)HotSpot

HotSpot VM包括兩個(gè)實(shí)現(xiàn)，不同的實(shí)現(xiàn)適合不同的場(chǎng)景：

Java HotSpot Client VM：通過(guò)減少應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)間和內(nèi)存占用，在客戶端環(huán)境中運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)可以獲得最佳性能。此經(jīng)過(guò)專門調(diào)整，可縮短應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)間和內(nèi)存占用，使其特別適合客戶端環(huán)境。此jvm實(shí)現(xiàn)比較適合我們平時(shí)用作本地開發(fā)，平時(shí)的開發(fā)不需要很大的內(nèi)存。

Java HotSpot Server VM：旨在最大程度地提高服務(wù)器環(huán)境中運(yùn)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行速度。此jvm實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)專門調(diào)整，可能是特別調(diào)整堆大小、垃圾回收器、編譯器那些。用于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的服務(wù)器程序，這些服務(wù)器程序需要盡可能快的運(yùn)行速度，而不是快速啟動(dòng)時(shí)間。

只要電腦上安裝jdk，我們就可以看到hotspot的具體實(shí)現(xiàn)：

四、JVM內(nèi)存回收

我們知道，Java中是沒有析構(gòu)函數(shù)的，既然沒有析構(gòu)函數(shù)，那么如何回收對(duì)象呢，答案是自動(dòng)垃圾回收。Java語(yǔ)言的自動(dòng)回收機(jī)制可以使程序員不用再操心對(duì)象回收問題，一切都交給JVM就好了。那么JVM又是如何做到自動(dòng)回收垃圾的呢，且看本節(jié)，本節(jié)分為兩個(gè)部分——垃圾收集算法和垃圾收集器，其中，收集算法是內(nèi)存回收的理論，而垃圾回收器是內(nèi)存回收的實(shí)踐。

垃圾收集策略兩個(gè)目的：gc次數(shù)少，gc時(shí)間短，不同的收集算法和收集器側(cè)重不同。

4.1 垃圾收集算法（內(nèi)存回收理論）

4.1.1 標(biāo)記-清除算法

標(biāo)記-清除算法分為兩個(gè)階段，“標(biāo)記”和“清除”，

標(biāo)記：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象；

清除：在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象。

“標(biāo)記-清除”算法的不足：第一，效率問題，標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程的效率都不會(huì)太高；第二，空間問題，標(biāo)記清除后產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，這些內(nèi)存空間碎片可能會(huì)導(dǎo)致以后程序運(yùn)行過(guò)程中需要分配較大對(duì)象時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)一次垃圾收集動(dòng)作，如果很容易出現(xiàn)這樣的空間碎片多、無(wú)法找到大的連續(xù)空間的情況，垃圾收集就會(huì)較為頻繁。

4.1.2 復(fù)制算法

為了解決“標(biāo)記-清除算法”的效率問題，一種復(fù)制算法產(chǎn)生了，它將當(dāng)前可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊。當(dāng)一塊的內(nèi)存用完了，就將還活著的對(duì)象復(fù)制到另一塊上面，然后再把已使用的內(nèi)存空間一次清除掉。這樣使得每次都對(duì)整個(gè)半?yún)^(qū)進(jìn)行內(nèi)存回收，內(nèi)存分配時(shí)就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只要移動(dòng)堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可。

這種算法處理內(nèi)存碎片的核心在于將整個(gè)半塊中活的的對(duì)象復(fù)制到另一整個(gè)半塊上面去，所以稱為復(fù)制算法。

附：關(guān)于復(fù)制算法的改進(jìn)

復(fù)制算法合理的解決了內(nèi)存碎片問題，但是卻要以犧牲一半的寶貴內(nèi)存為代價(jià)，這是非常讓人心疼的。令人愉快地是，現(xiàn)代虛擬機(jī)中，早就有了關(guān)于復(fù)制算法的改進(jìn)：

對(duì)于Java堆中新生代中的對(duì)象來(lái)說(shuō)，99%的對(duì)象都是“朝升夕死”的，就是說(shuō)很多的對(duì)象在創(chuàng)建出來(lái)后不久就會(huì)死掉了，所有我們可以大膽一點(diǎn)，不需要按照1:1的比例來(lái)劃分內(nèi)存空間，而是將新生代的內(nèi)存劃分為一塊較大的Eden區(qū)（一般占新生代8/10的大?。┖蛢蓧K較小的Survivor區(qū)（用于復(fù)制，一般每塊占新生代1/10的大小，兩塊占新生代2/10的大小）。當(dāng)回收時(shí)，將Eden區(qū)和Survivor里面當(dāng)前還活著的對(duì)象全部都復(fù)制到另一塊Survivor中（關(guān)于另一個(gè)塊Survivor是否會(huì)溢出的問題，答案是不會(huì)，這里將新生代90%的容量里的對(duì)象復(fù)制到10%的容量里面，確實(shí)是有風(fēng)險(xiǎn)的，但是JVM有一種內(nèi)存的分配擔(dān)保機(jī)制，即當(dāng)目的Survivor空間不夠，會(huì)將多出來(lái)的對(duì)象放到老年代中，因?yàn)槔夏甏亲銐虼蟮模?，最后清理Eden區(qū)和源Survivor區(qū)的空間。這樣一來(lái)，每次新生代可用內(nèi)存空間為整個(gè)新生代90%，只有10%的內(nèi)存被浪費(fèi)掉，

正是因?yàn)檫@一特性，現(xiàn)代虛擬機(jī)中采用復(fù)制算法來(lái)回收新生代，如Serial收集器、ParNew收集器、Parallel scavenge收集器均是如此。

4.1.3 標(biāo)志-整理算法（復(fù)制算法變更后在老年代的應(yīng)用）

對(duì)于新生代來(lái)說(shuō)，由于具有“99%的對(duì)象都是朝生夕死的”這一特點(diǎn)，所以我們可以大膽的使用10%的內(nèi)存去存放90%的內(nèi)存中活著的對(duì)象，即使是目的Survivor的容量不夠，也可以將多余的存放到老年代中（擔(dān)保機(jī)制），所有對(duì)于新生代，我們使用復(fù)制算法是比較好的（Serial收集器、ParNew收集器、Parallel scavenge收集器）。

但是對(duì)于老年代，沒有大多數(shù)對(duì)象朝生夕死這一特點(diǎn)，如果使用復(fù)制算法就要浪費(fèi)一半的寶貴內(nèi)存，所有我們用另一種辦法來(lái)處理它（指老年代）——標(biāo)志-整理算法。

標(biāo)記-整理算法分為兩個(gè)階段，“標(biāo)記”和“整理”，

標(biāo)記：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象（和標(biāo)記-清除算法一樣）；

整理：在標(biāo)記完成后讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存（向一端移動(dòng)類似復(fù)制算法）。

區(qū)別：標(biāo)志-清除算法包括先標(biāo)志，后清除兩個(gè)過(guò)程，標(biāo)志-整理算法包括先標(biāo)志，后清除，再整理三個(gè)過(guò)程。

4.1.4 分代收集算法

當(dāng)前商業(yè)虛擬機(jī)都是的垃圾收集都使用“分代收集”算法，這種算法并沒有什么新的思想，只是根據(jù)對(duì)象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊。一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采取最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

在新生代中，每次垃圾收集時(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對(duì)象死去，只有少量對(duì)象存活，就是使用復(fù)制算法，這樣只需要付出少量存活對(duì)象的復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因?yàn)閷?duì)象的存活率高、沒有額外空間對(duì)其分配擔(dān)保（新生代復(fù)制算法如果目的Survivor容量不夠會(huì)將多余對(duì)象放到老年代中，這就是老年代對(duì)新生代的分配擔(dān)保），必須使用“標(biāo)記-清除算法”或“標(biāo)記-整理算法”來(lái)回收。

新生代的minor gc頻率較高，復(fù)制算法正好浪費(fèi)一半空間，不用整理內(nèi)存空間碎片，以空間換時(shí)間；
老年代的major gc頻率較低，“標(biāo)記-整理算法”包括先標(biāo)志、再清除，最后整理，整理內(nèi)存碎片需要時(shí)間，但是整個(gè)算法不浪費(fèi)空間，以時(shí)間換空間。

四種常用算法優(yōu)缺點(diǎn)比較、用途比較

4.2 垃圾收集器（內(nèi)存回收實(shí)踐）

有了上面的垃圾回收算法，就有了很多的垃圾回收器。對(duì)于垃圾回收器，很少有表格對(duì)比，筆者以表格對(duì)比的方式呈現(xiàn)：

注意：G1收集器的收集算法加粗了，這里做出說(shuō)明，G1收集器從整體上來(lái)看是基于“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)的收集器，從局部（兩個(gè)region之間）上看來(lái)是基于“復(fù)制”算法實(shí)現(xiàn)的。

從上表可以得到的收集常用組合包括：

常用組合1：Serial + serial old 新生代和老年代都是單線程，簡(jiǎn)單

常用組合2：ParNew+ serial old 新生代多線程，老年代單線程，簡(jiǎn)單

常用組合3：Parallel scavenge + Parallel old 該組合完成吞吐量?jī)?yōu)先虛擬機(jī)，適用于后臺(tái)計(jì)算

常用組合4：cms收集器 完成響應(yīng)時(shí)間短虛擬機(jī)，適用于用戶交互

常用組合5：G1收集器 面向服務(wù)端的垃圾回收器

4.2.1 常用組合1：Serial + serial old 新生代和老年代都是單線程，簡(jiǎn)單

附：圖上有一個(gè)safepoint，譯為安全點(diǎn)（有的博客上寫成了savepoint，是錯(cuò)誤的，至少是不準(zhǔn)確的），這個(gè)safepoint干什么的呢？如何確定這個(gè)safepoint的位置？

這個(gè)safepoint是干什么的？

safepoint的定義是“A point in program where the state of execution is known by the VM”，譯為程序中一個(gè)點(diǎn)就是虛擬機(jī)所知道的一個(gè)執(zhí)行狀態(tài)。

JVM中safepoint有兩種，分別為GC safepoint、Deoptimization safepoint：

GC safepoint：用在垃圾收集操作中，如果要執(zhí)行一次GC，那么JVM里所有需要執(zhí)行GC的Java線程都要在到達(dá)GC safepoint之后才可以開始GC;

Deoptimization safepoint：如果要執(zhí)行一次deoptimization，那么JVM里所有需要執(zhí)行deoptimization的Java線程都要在到達(dá)deoptimization safepoint之后才可以開始deoptimize

我們上圖中的safepoint自然是GC safepoint，所以上圖中的兩個(gè)safepoint都是指執(zhí)行GC線程前的狀態(tài)。

對(duì)于上圖的理解是（很多博客上都有這種運(yùn)行示意圖，但是沒有加上解釋，筆者這里加上）：

1、多個(gè)用戶線程（圖中是四個(gè)）要開始執(zhí)行新生代GC操作，所以都要達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

2、四個(gè)線程都執(zhí)行新生代的GC操作，因?yàn)槭褂玫氖荢erial收集器，所以是基于復(fù)制算法的單線程GC，而且要Stop the world，所以只有GC線程在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。

3、新生代GC操作完成，四個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行，過(guò)了一會(huì)兒，要開始執(zhí)行老年代的GC操作了，所以四個(gè)線程都要再次達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

4、四個(gè)線程都執(zhí)行老年代的GC操作，因?yàn)槭褂玫氖荢erial Old收集器，所以是基于標(biāo)志-整理算法的單線程GC，而且要Stop the world，所以只有GC線程在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。

5、老年代GC操作完成，四個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行。

4.2.2 常用組合2：ParNew+ serial old 新生代多線程，老年代單線程，簡(jiǎn)單

該組合中新生代ParNew收集器僅僅是Serial收集器的多線程版本，所有該組合相對(duì)于Serial + serial old 只是新生代是多線程而已，其余不變

對(duì)于上圖的理解是（很多博客上都有這種運(yùn)行示意圖，但是沒有加上解釋，筆者這里加上）：

1、多個(gè)用戶線程（圖中是四個(gè)）要開始執(zhí)行新生代GC操作，所以都要達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

2、四個(gè)線程都執(zhí)行新生代的GC操作，因?yàn)槭褂玫氖荘arnew收集器，所以是基于復(fù)制算法的多線程GC（注意，這里的多線程GC，是指多個(gè)GC線程并發(fā)，用戶線程還是要停止的）所以還是要Stop the world，所以只有GC線程在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。

3、新生代GC操作完成，四個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行，過(guò)了一會(huì)兒，要開始執(zhí)行老年代的GC操作了，所以四個(gè)線程都要再次達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

4、四個(gè)線程都執(zhí)行老年代的GC操作，因?yàn)槭褂玫氖荢erial Old收集器，所以是基于標(biāo)志-整理算法的單線程GC，而且要Stop the world，所以只有GC線程在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。

5、老年代GC操作完成，四個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行。

4.2.3 常用組合3：Parallel scavenge + Parallel old 新生代和老年代都是多線程，該組合完成吞吐量?jī)?yōu)先虛擬機(jī)，適用于后臺(tái)計(jì)算

對(duì)于上圖的理解是：

1、多個(gè)用戶線程（圖中是四個(gè)）要開始執(zhí)行新生代GC操作，所以都要達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

2、四個(gè)線程都執(zhí)行新生代的GC操作，因?yàn)槭褂玫氖荘arallel scavenge收集器，所以是基于復(fù)制算法的多線程GC（注意，這里的多線程GC，是指多個(gè)GC線程并發(fā)，用戶線程還是要停止的）所以只有GC線程在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。

3、新生代GC操作完成，四個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行，過(guò)了一會(huì)兒，要開始執(zhí)行老年代的GC操作了，所以四個(gè)線程都要再次達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

4、四個(gè)線程都執(zhí)行老年代的GC操作，因?yàn)槭褂玫氖荘arallel Old收集器，所以是基于標(biāo)志-整理算法的多線程GC，（注意，這里的多線程GC，是指多個(gè)GC線程并發(fā)，用戶線程還是要停止的）所以只有GC線程在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。

5、老年代GC操作完成，四個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行。

4.2.4 常用組合4：cms收集器 多線程，完成響應(yīng)時(shí)間短虛擬機(jī)，適用于用戶交互

對(duì)于上圖的理解是：

CMS收集包括四個(gè)步驟：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、重新標(biāo)記、并發(fā)清除（CMS作為標(biāo)記-清除收集器，三個(gè)標(biāo)記一個(gè)清除）

1、多個(gè)用戶線程（圖中是四個(gè)）要開始執(zhí)行新生代GC操作，所以都要達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

2、四個(gè)線程都執(zhí)行GC操作，因?yàn)槭褂玫氖荂MS收集器，第一步驟是初始標(biāo)記，初始標(biāo)記僅僅只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，GC的標(biāo)記階段需要stop the world，讓所有Java線程掛起，這樣JVM才可以安全地來(lái)標(biāo)記對(duì)象。所以只有“初始標(biāo)記”在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。初始標(biāo)記完成后，達(dá)到第二個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

3、開始執(zhí)行并發(fā)標(biāo)記，并發(fā)標(biāo)記是GCRoot開始對(duì)堆中的對(duì)象進(jìn)行可達(dá)性分析，找出存活的對(duì)象，并發(fā)標(biāo)記可以與用戶線程一起執(zhí)行，并發(fā)標(biāo)記完成后，所有線程達(dá)到下一個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

4、開始執(zhí)行重新標(biāo)記，重新標(biāo)記是為了修正在并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那部分標(biāo)記記錄，

重新標(biāo)記完成后，所有線程達(dá)到下一個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

5、開始執(zhí)行并發(fā)清理，并發(fā)清理可以與用戶線程一起執(zhí)行，并發(fā)清理完成后，所有線程達(dá)到下一個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

6、開始重置線程，就是對(duì)剛才并發(fā)標(biāo)記操作的對(duì)象，圖中是線程3（注意：重置線程針對(duì)的是并發(fā)標(biāo)記的線程，沒有被并發(fā)標(biāo)記的線程不需要重置線程操作），重置操作線程3的時(shí)候，與其他三個(gè)用戶線程無(wú)關(guān)，它們可以一起執(zhí)行。

CMS為什么是多線程收集器？

因?yàn)镃MS收集器整個(gè)過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)的第二并發(fā)標(biāo)記和第四并發(fā)清除過(guò)程中，GC線程都可以與用戶線程一起工作，初始標(biāo)記和重新標(biāo)記時(shí)間忽略不計(jì)，所以，從總體上來(lái)說(shuō)，cms收集器的內(nèi)存回收過(guò)程與用戶線程是并發(fā)執(zhí)行的，所以上表中CMS為多線程收集器。

4.2.5 常用組合5：G1收集器 多線程，面向服務(wù)端的垃圾回收器

G1收集器是一款比CMS更優(yōu)秀的收集器，所以取代了cms，成為現(xiàn)在虛擬機(jī)的內(nèi)置收集器，它將整個(gè)Java堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域，即Region，雖然還保留新生代和老年代的概念，但新生代和老年代已不再物理隔離，僅僅是邏輯分區(qū)，它們都是一部分Region的集合，如下圖：

每個(gè)region內(nèi)部必須是邏輯連續(xù)的，一個(gè)大小限制為 1M ~ 32M 之間，數(shù)量為 2048 個(gè)region，所以整個(gè)收集器 大小為 2G ~ 64G 。region 分為五種，Empty就是空白region，eden 和 survivor 都是年輕代，使用復(fù)制算法，old 是老年代，使用 標(biāo)志-整理算法（先標(biāo)記，再清除，最后整理），還有一個(gè) Humongous region，是用來(lái)存放大對(duì)象的。

G1收集器的精髓1：G1 英文全名為 Garage First，就是 垃圾優(yōu)先 的意思，內(nèi)置 region 價(jià)值分析算法，垃圾收集的時(shí)候，會(huì)跟蹤各個(gè)Region里面的垃圾堆積的價(jià)值大?。ɑ厥账@得的空間大小以及回收所需時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值），在后臺(tái)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先列表，每次依據(jù)允許的收集時(shí)間，優(yōu)先收集回收價(jià)值最大的Region。正是這種使用Region劃分內(nèi)存空間以及有優(yōu)先級(jí)的區(qū)域回收方式，保證了G1收集器在有限時(shí)間內(nèi)可以獲取盡可能高的效率，就是 垃圾優(yōu)先 的精髓。

G1收集器的精髓2：不僅如此，在 G1 收集器中，各個(gè)region不是物理分區(qū)，僅僅邏輯分區(qū)，region的身份是可以切換的，比如一個(gè) old region 經(jīng)過(guò)價(jià)值分析被選中后，就會(huì)被收集，收集之后就變成了 empty region，然后下一次就可以和旁邊的 eden region 連續(xù)起來(lái)，就可以分配 新對(duì)象 或 大對(duì)象了，這種 region 身份切換 讓 G1 收集器不受固定分區(qū)的影響，更靈活的處理垃圾收集，這個(gè)其他的垃圾收集器所不具備的。

region 一共八個(gè)身份/角色

FreeTag 空閑區(qū)域
Young Eden SurvTag 年輕代區(qū)域，分為Eden 和 Surv 兩種
HumStartTag 大對(duì)象頭部區(qū)域
HumContTag 大對(duì)象連續(xù)區(qū)域
OldTag 老年代對(duì)象

注意：?jiǎn)蝹€(gè)region大小范圍為 1M ~ 32M，當(dāng)對(duì)象大小超過(guò)單個(gè)region大小的一半，則會(huì)被認(rèn)為是大對(duì)象，放到Humongous里面，大對(duì)象有 HumStartTag + N 個(gè) HumContTag 構(gòu)成，所以用兩種標(biāo)記。

G1收集器運(yùn)行示意圖如下：

對(duì)于上圖的理解是：

G1收集包括四個(gè)步驟：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、最終篩選、篩選回收

1、多個(gè)用戶線程（圖中是四個(gè)）要開始執(zhí)行新生代GC操作，所以都要達(dá)到GC safepoint點(diǎn)，先到的要等待晚到的，圖中都達(dá)到了；

2、開始執(zhí)行初始標(biāo)記，初始標(biāo)記僅僅只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，并且修改TAMS(Next Top at Mark Start)的值，讓下一個(gè)階段用戶程序并發(fā)標(biāo)記時(shí)，能在正確可用的Region上創(chuàng)建新對(duì)象，整個(gè)標(biāo)記階段需要stop the world，讓所有Java線程掛起，這樣JVM才可以安全地來(lái)標(biāo)記對(duì)象。所以只有“初始標(biāo)記”在執(zhí)行，四個(gè)用戶線程都停止了。初始標(biāo)記完成后，達(dá)到第二個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

3、開始執(zhí)行并發(fā)標(biāo)記，并發(fā)標(biāo)記是GCRoot開始對(duì)堆中的對(duì)象進(jìn)行可達(dá)性分析，找出存活的對(duì)象，并發(fā)標(biāo)記可以與用戶線程一起執(zhí)行，并發(fā)標(biāo)記完成后，所有線程（GC線程、用戶線程）達(dá)到下一個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

4、開始執(zhí)行最終標(biāo)記，最終標(biāo)記是為了修正在并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那部分標(biāo)記記錄，最終標(biāo)記完成后，所有線程達(dá)到下一個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

5、開始執(zhí)行篩選回收，篩選回歸首先對(duì)各個(gè)Region的回收價(jià)值和成本排序， 根據(jù)用戶期待的GC停頓時(shí)間來(lái)制定回收計(jì)劃，篩選回收過(guò)程中，因?yàn)橥ｎD用戶線程將大幅提高收集效率，所以一般篩選回歸是停止用戶線程的，篩選回歸完成后，所有線程達(dá)到下一個(gè)GC safepoint，圖中達(dá)到了；

6、G1收集器收集結(jié)束，繼續(xù)并發(fā)執(zhí)行用戶線程。

4.3 垃圾收集器常用參數(shù)

（筆者這里加上idea上如何使用這些參數(shù)，這些是垃圾收集器的參數(shù)，所以這里放到第四部分，在本文第五部分內(nèi)存分配我們會(huì)用到）

五、JVM內(nèi)存分配

新生代GC（Minor GC）：發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作，因?yàn)镴ava對(duì)象大多具有朝生夕滅的特性，所有Minor GC非常頻繁，一般回收速度較快。

老年代GC（Major GC/）：發(fā)生在老年代的GC，出現(xiàn)了major GC，經(jīng)常會(huì)伴隨一個(gè)MinorGC（但是不絕對(duì)），Major GC速度一般比Minor GC慢10倍。

在JVM中，GC分為 full Gc 和 partition gc兩種，full gc是指新生代，老年代，永久區(qū)都gc，即全局gc，其他的所有的，minor gc 和 major gc 都是partion gc。

Major GC 是清理永久代。
Full GC 是清理整個(gè)堆空間—包括年輕代和永久代。

5.1 對(duì)象優(yōu)先在Eden上分配

5.1.1 設(shè)置VM Options

-XX:+PrintGCDetails             //打印GC日志
-Xms20M                              //初始堆大小為20M
-Xmx20M        //最大堆大小為20M
-Xmn10M           //年輕代大小為10M，則老年代大小=堆大小20M-年輕代大小10M=10M
-XX:SurvivorRatio=8     //年輕代 Eden:Survivor=8  則Eden為8M  Survivor0為1M  Survivor1為1M
-XX:+UseSerialGC       //筆者使用的jdk8默認(rèn)為Parallel scavenge+Parallel old收集器組合，書上使用Serial+Serial Old的收集器組合，這里設(shè)置好

5.1.2 程序輸出（給出附加解釋）

第一步：可以看到，當(dāng)分配6M內(nèi)存時(shí)，全部都在Eden區(qū)，沒有任何問題，說(shuō)明JVM優(yōu)先在Eden區(qū)上分配對(duì)象

第二步：因?yàn)槟贻p代只有9M,剩下1M是給To Survivor用的，已經(jīng)使用了6M,現(xiàn)在申請(qǐng)4M, 就會(huì)觸發(fā)Minor GC，將6M的存活的對(duì)象放到目的survivor中去，但是放不下，因?yàn)槟康膕urvivor只有1M空間，所以分配擔(dān)保到老年代中去,然后將4M對(duì)象放到Eden區(qū)中。所以，最后的結(jié)果是 Eden區(qū)域使用了4096KB 4M 老年代中使用了6M 這里form space占用57%可以忽略不計(jì)。

5.2 大對(duì)象直接進(jìn)入老年代（使用-XX:PretenureSizeThreshold參數(shù)設(shè)置）

5.2.1 設(shè)置VM Options

-XX:+PrintGCDetails             //打印GC日志
-Xms20M                              //初始堆大小為20M
-Xmx20M        //最大堆大小為20M
-Xmn10M           //年輕代大小為10M，則老年代大小=堆大小20M-年輕代大小10M=10M
-XX:SurvivorRatio=8     //年輕代 Eden:Survivor=8  則Eden為8M  Survivor0為1M  Survivor1為1M
-XX:+UseSerialGC       //筆者使用的jdk8默認(rèn)為Parallel scavenge+Parallel old收集器組合，書上使用Serial+Serial Old的收集器組合，這里設(shè)置好
-XX:PretenureSizeThreshold=3145728    // 單位是字節(jié) 3145728/1024/1024=3MB  大于3M的對(duì)象直接進(jìn)入老年代

5.2.2 程序輸出（給出附加解釋）

5.3 長(zhǎng)期存活的對(duì)象應(yīng)該進(jìn)入老年代（使用-XX:MaxTenuringThreshold參數(shù)設(shè)置）

 5.3.1 設(shè)置VM Options

-XX:+PrintGCDetails             //打印GC日志
-Xms20M                              //初始堆大小為20M
-Xmx20M        //最大堆大小為20M
-Xmn10M           //年輕代大小為10M，則老年代大小=堆大小20M-年輕代大小10M=10M
-XX:SurvivorRatio=8     //年輕代 Eden:Survivor=8  則Eden為8M  Survivor0為1M  Survivor1為1M
-XX:+UseSerialGC       //筆者使用的jdk8默認(rèn)為Parallel scavenge+Parallel old收集器組合，書上使用Serial+Serial Old的收集器組合，這里設(shè)置好
-XX:MaxTenuringThreshold=1   //表示經(jīng)歷一次Minor GC，就到老年代中去

5.3.2 程序輸出（給出附加解釋）

第一步驟：只分配allocation1 allocation2，不會(huì)產(chǎn)生任何Minor GC,對(duì)象都在Eden區(qū)中

第二步驟：分配allocation3，產(chǎn)生Minor GC，allocation2移入老年區(qū)

第三步驟：allocation3再次分配，allocation1也被送入老年區(qū)，老年區(qū)里有allocation1 allocation2

六、尾聲

本文講述JVM自動(dòng)內(nèi)存管理（包括內(nèi)存回收和內(nèi)存），前言部分從操作系統(tǒng)引入JVM，第二部分介紹JVM空間結(jié)構(gòu)（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)、堆內(nèi)存和非堆內(nèi)存），第三部分介紹HotSpot虛擬機(jī)，第四部分和第五部分分別介紹自動(dòng)內(nèi)存回收和自動(dòng)內(nèi)存分配的原理實(shí)現(xiàn)。

到此這篇關(guān)于深入理解JVM自動(dòng)內(nèi)存管理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM自動(dòng)內(nèi)存管理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！