堆與內(nèi)存優(yōu)化
    今天測了一個項目的數(shù)據(jù)自動整理功能，對數(shù)據(jù)庫中幾萬條記錄及圖片進(jìn)行整理操作，運行接近到最后，爆出了java.lang.outOfMemoryError，java heap space方面的錯誤，以前寫程序很少遇到這種內(nèi)存上的錯誤，因為java有垃圾回收器機制，就一直沒太關(guān)注。今天上網(wǎng)找了點資料，在此基礎(chǔ)上做了個整理。

 一、堆和棧

    堆—用new建立，垃圾回收器負(fù)責(zé)回收

         1、程序開始運行時，JVM從OS獲取一些內(nèi)存，部分是堆內(nèi)存。堆內(nèi)存通常在存儲地址的底層，向上排列。              

         2、堆是一個"運行時"數(shù)據(jù)區(qū)，類實例化的對象就是從堆上去分配空間的；       

         3、在堆上分配空間是通過"new"等指令建立的，堆是動態(tài)分配的內(nèi)存大小，生存期也不必事先告訴編譯器；

         4、與C++不同的是，Java自動管理堆和棧，垃圾回收器可以自動回收不再使用的堆內(nèi)存；       

         5、缺點是，由于要在運行時動態(tài)分配內(nèi)存，所以內(nèi)存的存取速度較慢。

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         1、先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通常用于保存方法中的參數(shù),局部變量；

         2、在java中,所有基本類型（short,int, long, byte, float, double,boolean, char）和引用類型的變量都在棧中存儲；

         3、棧中數(shù)據(jù)的生存空間一般在當(dāng)前scopes內(nèi)(由{...}括起來的區(qū)域；

         4、棧的存取速度比堆要快，僅次于直接位于CPU中的寄存器；

         5、棧中的數(shù)據(jù)可以共享，多個引用可以指向同一個地址；

         6、缺點是，棧的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。

 二、內(nèi)存設(shè)置

        1、查看虛擬機內(nèi)存情況  

long maxControl = Runtime.getRuntime().maxMemory();//獲取虛擬機可以控制的最大內(nèi)存數(shù)量 
long currentUse = Runtime.getRuntime().totalMemory();//獲取虛擬機當(dāng)前已使用的內(nèi)存數(shù)量 

                默認(rèn)情況下，java虛擬機的maxControl=66650112B=63.5625M;

                什么都不做的情況，在我的機子上測得的currentUse=5177344B=4.9375M;

          2、設(shè)置內(nèi)存大小的命令

             -Xms<size> set initial Java heap size :設(shè)置JVM初始化堆內(nèi)存大小；此值可以設(shè)置與-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配內(nèi)存。

             -Xmx<size> set maximum Java heap size:設(shè)置JVM最大的堆內(nèi)存大小；

            -Xmn<size>：設(shè)置年輕代大小,整個堆大小=年輕代大小+ 年老代大小+ 持久代大小。

             -Xss<size> set java thread stack size：設(shè)置JVM線程棧內(nèi)存大??；
          3、具體操作
             （1）JVM內(nèi)存設(shè)置：
              打開MyEclipse(Eclipse)  window－preferences－Java －Installed JREs －Edit －Default VM Arguments  
              在VM自變量中輸入：-Xmx128m -Xms64m -Xmn32m -Xss16m

             （2）IDE內(nèi)存設(shè)置：

               在MyEclipse根目錄下的myeclipse.ini(或Eclipse根目錄下的eclipse.ini)中修改-vmargs  下的配置：

              （3）Tomcat內(nèi)存設(shè)置

                   打開Tomcat根目錄下的bin文件夾，編輯catalina.bat

                  修改為：set JAVA_OPTS= -Xms256m -Xmx512m

 三、Java堆中的OutOfMemoryError錯誤分析

       當(dāng)JVM啟動時，使用了-Xms 參數(shù)設(shè)置的堆內(nèi)存。當(dāng)程序繼續(xù)進(jìn)行，創(chuàng)建更多對象，JVM開始擴大堆內(nèi)存以容納更多對象。JVM也會使用垃圾回收器來回收內(nèi)存。當(dāng)快達(dá)到-Xmx設(shè)置的最大堆內(nèi)存時，如果沒有更多的內(nèi)存可被分配給新對象的話，JVM就會拋出java.lang.outofmemoryerror，程序就會宕掉。在拋出 OutOfMemoryError之前，JVM會嘗試著用垃圾回收器來釋放足夠的空間，但是發(fā)現(xiàn)仍舊沒有足夠的空間時，就會拋出這個錯誤。為了解決這個問題，需要清楚程序?qū)ο蟮男畔?，例如，你?chuàng)建了哪些對象，哪些對象占用了多少空間等等。可以使用profiler或者堆分析器來處理OutOfMemoryError錯誤。"java.lang.OutOfMemoryError： Java heap space”表示堆沒有足夠的空間了，不能繼續(xù)擴大了。"java.lang.OutOfMemoryError： PermGen space”表示permanent generation已經(jīng)裝滿了，你的程序不能再裝載類或者再分配一個字符串了。

四、堆和垃圾回收

　　我們知道對象創(chuàng)建在堆內(nèi)存中，垃圾回收這樣一個進(jìn)程，它將已死對象清除出堆空間，并將這些內(nèi)存再還給堆。為了給垃圾回收器使用，堆主要分成三個區(qū)域，分別叫作New Generation，Old Generation或叫Tenured Generation，以及Perm space。New Generation是用來存放新建的對象的空間，在對象新建的時候被使用。如果長時間還使用的話，它們會被垃圾回收器移動到Old Generation（或叫Tenured Generation）。Perm space是JVM存放Meta數(shù)據(jù)的地方，例如類，方法，字符串池和類級別的詳細(xì)信息。

 五、總結(jié)：

　　1、Java堆內(nèi)存是操作系統(tǒng)分配給JVM的內(nèi)存的一部分。

　　2、當(dāng)我們創(chuàng)建對象時，它們存儲在Java堆內(nèi)存中。

　　3、為了便于垃圾回收，Java堆空間分成三個區(qū)域，分別叫作New Generation， Old Generation或叫作Tenured Generation，還有Perm Space。

　　4、你可以通過用JVM的命令行選項 -Xms， -Xmx， -Xmn來調(diào)整Java堆空間的大小。

　　5、可以用JConsole或者Runtime.maxMemory(),Runtime.totalMemory(),Runtime.freeMemory()來查看Java中堆內(nèi)存的大小。

　　6、可以使用命令“jmap”來獲得heap dump，用“jhat”來分析heap dump。

　　7、Java堆空間不同于?？臻g，?？臻g是用來儲存調(diào)用棧和局部變量的。

　　8、Java垃圾回收器是用來將死掉的對象（不再使用的對象）所占用的內(nèi)存回收回來，再釋放到Java堆空間中。

　　9、當(dāng)遇到j(luò)ava.lang.outOfMemoryError時，不必緊張，有時候僅僅增加堆空間就可以了，但如果經(jīng)常出現(xiàn)的話，就要看看Java程序中是不是存在內(nèi)存泄露了。

　　10、使用Profiler和Heap dump分析工具來查看Java堆空間，可以查看給每個對象分配了多少內(nèi)存。

棧存儲詳解

Java棧存儲具有以下幾個特點：

一、存在棧中的數(shù)據(jù)大小和生命周期必須是確定的。

      如基本類型的存儲：int a = 1; 這種變量存的是字面值，a是一個指向int類型的引用，指向3這個字面值。這些字面值的數(shù)據(jù)，由于大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊里面，程序塊退出后，字面值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于棧中。

二、存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。

    (1)、基本類型數(shù)據(jù)存儲：

   如：

int a = 3; 
      int b = 3； 

　編譯器先處理int a = 3；首先它會在棧中創(chuàng)建一個變量為a的引用，然后查找有沒有字面值為3的地址，沒找到，就開辟一個存放3這個字面值的地址，然后將a指向3的地址。接著處理int b = 3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，由于在棧中已經(jīng)有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現(xiàn)了a與b同時均指向3的情況。

注意：這種字面值的引用與類對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象，如果一個對象引用變量修改了這個對象的內(nèi)部狀態(tài)，那么另一個對象引用變量也即刻反映出這個變化。相反，通過字面值的引用來修改其值，不會導(dǎo)致另一個指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a 與b的值后，再令a=4；那么，b不會等于4，還是等于3。在編譯器內(nèi)部，遇到a=4；時，它就會重新搜索棧中是否有4的字面值，如果沒有，重新開辟地址存放4的值；如果已經(jīng)有了，則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。

   (2)、包裝類數(shù)據(jù)存儲：

   如Integer, Double, String等將相應(yīng)的基本數(shù)據(jù)類型包裝起來的類。這些類數(shù)據(jù)全部存在于堆中，Java用new()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據(jù)需要動態(tài)創(chuàng)建，因此比較靈活，但缺點是要占用更多的時間。

   如：以String為例。

    String是一個特殊的包裝類數(shù)據(jù)。即可以用String str = new String("abc");的形式來創(chuàng)建，也可以用String str = "abc"；的形式來創(chuàng)建。前者是規(guī)范的類的創(chuàng)建過程，即在Java中，一切都是對象，而對象是類的實例，全部通過new()的形式來創(chuàng)建。Java 中的有些類，如DateFormat類，可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新創(chuàng)建的類，似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單例模式來返回類的實例，只不過這個實例是在該類內(nèi)部通過new()來創(chuàng)建的，而getInstance()向外部隱藏了此細(xì)節(jié)。

    那為什么在String str = "abc"；中，并沒有通過new()來創(chuàng)建實例，是不是違反了上述原則？其實沒有。

    關(guān)于String str = "abc"的內(nèi)部工作。Java內(nèi)部將此語句轉(zhuǎn)化為以下幾個步驟：
　 a、先定義一個名為str的對String類的對象引用變量：String str；
　 b、在棧中查找有沒有存放值為"abc"的地址，如果沒有，則開辟一個存放字面值為"abc"的地址，接著創(chuàng)建一個新的String類的對象O，并將O的字符串值指向這個地址，而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象O。如果已經(jīng)有了值為"abc"的地址，則查找對象O，并返回O的地址。
    c、將str指向?qū)ο驩的地址。
　值得注意的是，通常String類中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc"；這種場合下，其字符串值卻是保存了一個指向存在棧中數(shù)據(jù)的引用（即：String str = "abc"；既有棧存儲，又有堆存儲）。

  為了更好地說明這個問題，我們可以通過以下的幾個代碼進(jìn)行驗證。

   String str1 = "abc";
   String str2 = "abc";
   System.out.println(str1==str2); //true 

（只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值。str1與str2是否都指向了同一個對象）

  結(jié)果說明，JVM創(chuàng)建了兩個引用str1和str2，但只創(chuàng)建了一個對象，而且兩個引用都指向了這個對象。

   String str1 = "abc";
   String str2 = "abc";
   str1 = "bcd";
   System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abc
   System.out.println(str1==str2); //false 

　  這就是說，賦值的變化導(dǎo)致了類對象引用的變化，str1指向了另外一個新對象，而str2仍舊指向原來的對象。上例中，當(dāng)我們將str1的值改為"bcd"時，JVM發(fā)現(xiàn)在棧中沒有存放該值的地址，便開辟了這個地址，并創(chuàng)建了一個新的對象，其字符串的值指向這個地址。

　　事實上，String類被設(shè)計成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值，可以，但JVM在運行時根據(jù)新值悄悄創(chuàng)建了一個新對象（沒法在原來內(nèi)存的基礎(chǔ)上改變其值），然后將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個創(chuàng)建過程雖說是完全自動進(jìn)行的，但它畢竟占用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環(huán)境中，會帶有一定的不良影響。

   String str1 = "abc";
   String str2 = "abc";
   str1 = "bcd";
   String str3 = str1;
   System.out.println(str3); //bcd
   String str4 = "bcd";
   System.out.println(str1 == str4); //true 

　  str3這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意，str3并沒有創(chuàng)建新對象)。當(dāng)str1改完其值后，再創(chuàng)建一個String的引用str4，并指向因str1修改值而創(chuàng)建的新的對象。可以發(fā)現(xiàn)，這回str4也沒有創(chuàng)建新的對象，從而再次實現(xiàn)棧中數(shù)據(jù)的共享。

   String str1 = new String("abc");
   String str2 = "abc";
   System.out.println(str1==str2); //false 

　創(chuàng)建了兩個引用。創(chuàng)建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。

  String str1 = "abc";
   String str2 = new String("abc");
   System.out.println(str1==str2); //false 

　創(chuàng)建了兩個引用。創(chuàng)建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。

　　以上兩段代碼說明，只要是用new()來新建對象的，都會在堆中創(chuàng)建，而且其字符串是單獨存值的，即使與棧中的數(shù)據(jù)相同，也不會與棧中的數(shù)據(jù)共享。

　總結(jié)：

　　(1)我們在使用諸如String str = "abc"；的格式定義類時，總是想當(dāng)然地認(rèn)為，我們創(chuàng)建了String類的對象str。擔(dān)心陷阱！對象可能并沒有被創(chuàng)建！唯一可以肯定的是，指向 String類的引用被創(chuàng)建了。至于這個引用到底是否指向了一個新的對象，必須根據(jù)上下文來考慮，除非你通過new()方法來顯要地創(chuàng)建一個新的對象。因此，更為準(zhǔn)確的說法是，我們創(chuàng)建了一個指向String類的對象的引用變量str，這個對象引用變量指向了某個值為"abc"的String類。清醒地認(rèn)識到這一點對排除程序中難以發(fā)現(xiàn)的bug是很有幫助的。

　　(2)使用String str = "abc"；的方式，可以在一定程度上提高程序的運行速度，因為JVM會自動根據(jù)棧中數(shù)據(jù)的實際情況來決定是否有必要創(chuàng)建新對象。而對于String str = new String("abc")；的代碼，則一概在堆中創(chuàng)建新對象，而不管其字符串值是否相等，是否有必要創(chuàng)建新對象，從而加重了程序的負(fù)擔(dān)。

　　(3)由于String類的immutable性質(zhì)（因為包裝類的值不可修改），當(dāng)String變量需要經(jīng)常變換其值時，應(yīng)該考慮使用StringBuffer類，以提高程序效率。

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