[转]JVM系列——jvm内存管理

jvm内存管理

文章分类:Java编程

      java不像C++那样需要显示的分配和释放内存，对java程序员是一种解放，很大程度降低了编程的难度，因为内存管理的工作都交由jvm来自动进行。但是jvm自动管理内存也是一把双刃剑，会造成宝贵的内存资源浪费，搞不好还会造成内存泄露。所以，最为一名java程序员需要对jvm管理内存的机制进行深入了解，才能更好的利用内存。

 

内存空间的划分

Sun JDK也是遵照jvm规范，将内存空间划分为方法区、堆、本地方法栈、pc寄存器、jvm方法栈。如下图：

 

 
 

方法区

      方法区存放了要加载的类的信息、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的field信息、类中的方法信息。方法区是全局共享的，特定条件下会进行GC，当方法区要使用的内存大于运行大小时会抛OOM异常。

      Sun JDK中这块内存对应Permanent Generation，也叫持久代，默认最小16M，最大64M，通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize参数指定持久代的最小和最大值。

堆

      堆用于存储对象实例及数组值，可以认为java中所有通过new操作符创建的对象都放在堆中，堆中对象由GC进行回收。这块内存大小可以通过两个参数进行指定：-Xms和-Xmx。

-Xms表示jvm启动时申请的最小heap内存，默认为物理内存的1/64但小于1G。

-Xmx表示jvm可申请的最大heap内存，默认为物理内存的1/4但小于1G。

默认当空闲堆内存小于40%是，jvm会增大heap到-Xmx指定的大小，这个比例可以通过参数-XX:MinHeapFreeRatio=来指定；默认当空闲堆内存大于70%时，jvm会减小heap到-Xms指定的大小，这个比例可以通过参数-XX:MaxHeapFreeRatio=来指定。建议将-Xms和-Xmx设置为相同的值，以避免频繁调整jvm堆大小。

 

由于不同对象在内存中存活的时间不同，有的很快就可以回收，有的可能生命周期贯穿整个jvm的生命周期，所以在Sun JDK从1.2开始就对堆内存进行分代管理。如下图：

 

 

新生代（New Generation）

大多数情况下java程序中创建的对象都是从新生代分配内存，新生代有两部分组成：Eden space和两块大小相等的Survivor space（S0和S1）。

可以通过参数-Xmn来指定新生代的大小，通过-XX:SurvivorRatio来指定Eden space和Survivor space的大小。

旧生代（Old Generation或 Tenuring Generation）

旧生代主要用于存放经过多次垃圾回收仍然存活的对象，但在某些情况下第一次创建对象就直接在旧生代分配内存，比如：大对象，可以通过参数-XX:PretenureSizeThreshold=（单位为字节，默认为0）指定当对象大小超过多大时直接放入旧生代；大数组对象，且数组中无外部引用对象。

本地方法栈

 本地方法栈用于支持native方法的执行，Sun JDK中的实现是本地方法栈和jvm方法栈是同一个。

PC寄存器和jvm方法栈

每个线程都有自己的PC寄存器和jvm方法栈，pc寄存器占用的可能是cpu寄存器或操作系统内存，jvm方法栈占用的为操作系统内存，jvm方法栈为线程私有，线程运行完毕时其对应栈帧所占用的内存全部自动释放掉。

Sun JDK中通过参数-Xss来指定jvm方法栈大小，当jvm方法栈空间不足时抛StackOverflowError.

 

 

内存的分配

 jvm堆是所有线程共享的，因此在堆上分配内存需要加锁，从而导致创建对象开销较大。当堆空间不足时会触发GC，如果GC后堆空间仍然不足会跑OutOfMemory异常。

Sun JDK为提升内存分配效率，在新生代的Eden space为每个线程创建一个叫做TLAB(Thread Local Allocation Buffer)的区域，当在线程中创建对象时jvm会尽量在TLAB中分配内存，这时就不需要加锁，节省了创建对象的开销。

还有一种基于逃逸分析的方法，jvm会在栈上直接分配内存，线程结束时自动就释放掉。

 

内存的回收

收集器算法

jvm通过GC来回收内存，GC就是通过分析程序中不再被使用的对象，把这些对象所占内存收回，GC通常采用收集器方式，主要有引用计数收集器和跟踪收集器。

引用计数收集器

引用计数器采用分散的管理方式，通过记录对象的引用次数进行判断对象是否可能回收，当对象的引用计数为0时GC就可以回收该对象。但是引用计数器方式有他的缺点：每次对对象的赋值操作都会伴随有引用计数的增减，带来一定的额外消耗；对象间出现循环引用时会失效。所以Sun JDK实现中没有采用引用计数器的方式。

跟踪收集器

跟踪收集器采用集中式的管理方式，全局记录数据的引用状态，执行GC时从根集合进行对象扫描，可能会造成应用程序暂停，线程阻塞。主要有复制(copying)，标记-清除(mark-sweep)，标记-压缩(mark-compact)三种算法实现。

Sun JDK中可用的GC算法

新生代GC（Minor GC）

新生代中对象通常存活时间短，对象少，所以选择copying算法实现新生代的GC。GC过程中复制对象时需要一块未使用的内存区来存放存活的对象，这也是新生代划分为Eden，S0，S1的原因。Eden存放刚创建的对象，S0或S1的其中一块用作Minor GC的复制目标空间，另一块被清空；下一次Minor GC时S0和S1交换角色。

串行GC

在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行，适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上，是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定。 

并行回收GC

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上，是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数。

并行GC

与旧生代的并发GC配合使用。

旧生代GC

 旧生代与新生代不同，对象存活的时间比较长，比较稳定，因此采用标记（Mark）算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并，要么标记出来便于下次进行分配，总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。在执行机制上JVM提供了串行GC（Serial MSC）、并行GC（parallel MSC）和并发GC（CMS）。

 

最后

创建对象（尤其是大对象）可能会触发GC，所以需要频繁创建的对象可以考虑通过池来解决；

注意对象的作用域，不用的及时显示设置为null，GC就可以收掉；

通过设置jvm参数对应用调优，有很多工具来帮助分析jvm内存使用清空，茹jconsole，jstat，jmap等等，但要具体系统具体分析，总之尽量减少GC，尤其是Full GC（会导致线程阻塞）。