JVM内存机制

JVM内存机制资料笔记

堆(Heap)
    运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。Java 虚拟机启动时创建。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。
    组成
        News Generation（Young Generation即图中的Eden + From Space + To Space）
            Eden 存放新生的对象
            Survivor Space 两个存放每次垃圾回收后存活的对象
        Old Generation（Tenured Generation 即图中的Old Space）主要存放应用程序中生命周期长的存活对象
非堆内存
    JVM具有一个由所有线程共享的方法区。方法区属于非堆内存。它存储每个类结构，如运行时常数池、字段和方法数据，以及方法和构造方法的代码。它是在 Java 虚拟机启动时创建的。
    除了方法区外，Java 虚拟机实现可能需要用于内部处理或优化的内存，这种内存也是非堆内存。例如，JIT 编译器需要内存来存储从 Java 虚拟机代码转换而来的本机代码，从而获得高性能。
    组成
        Permanent Generation （图中的Permanent Space）存放JVM自己的反射对象，比如类对象和方法对象
        native heap

GC策略

堆
JVM采用一种分代回收(generational collection) 的策略，用较高的频率对年轻的对象(young generation)进行扫描和回收，这种叫做minor collection，而对老对象(old generation)的检查回收频率要低很多，称为major collection。这样就不需要每次GC都将内存中所有对象都检查一遍。

当一个URL被访问时，内存申请过程如下：
A. JVM会试图为相关Java对象在Eden中初始化一块内存区域
B. 当Eden空间足够时，内存申请结束。否则到下一步
C. JVM试图释放在Eden中所有不活跃的对象（这属于1或更高级的垃圾回收）, 释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区
D. Survivor区被用来作为Eden及OLD的中间交换区域，当OLD区空间足够时，Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区
E. 当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行完全的垃圾收集（0级）
F. 完全垃圾收集后，若Survivor及OLD区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域，则出现”out of memory错误”

    对象衰老的过程
    young generation的内存，由一块Eden(伊甸园，有意思)和两块Survivor Space(1.4文档中称为semi-space)构成。新创建的对象的内存都分配自eden。两块Survivor Space总有会一块是空闲的，用作copying collection的目标空间。Minor collection的过程就是将eden和在用survivor space中的活对象copy到空闲survivor space中。所谓survivor，也就是大部分对象在伊甸园出生后，根本活不过一次GC。对象在young generation里经历了一定次数的minor collection后，年纪大了，就会被移到old generation中，称为tenuring。(是否仅当survivor space不足的时候才会将老对象tenuring? 目前资料中没有找到描述)
     剩余内存空间不足会触发GC，如eden空间不够了就要进行minor collection，old generation空间不够要进行major collection，permanent generation空间不足会引发full GC。

非堆内存

GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对PermGen space进行清理，所以如果你的应用中有很多CLASS的话,就很可能出现PermGen space错误。

JVM的默认设置

堆（heap）（News Generation 和Old Generaion 之和）的设置

初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64但小于1G。

最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4但小于1G。

默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制，可以由-XX:MinHeapFreeRatio=指定。
默认空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制，可以由-XX:MaxHeapFreeRatio=指定。

服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小，所以上面的两个参数没啥用。

-Xmn 设置young generation的heap大小

-XX:MinHeapFreeRatio与-XX:MaxHeapFreeRatio设定空闲内存占总内存的比例范围，这两个参数会影响GC的频率和单次GC的耗时。-XX:NewRatio决定young与oldgeneration的比例。Young generation空间越大，minor collection频率越低，但是oldgeneration空间小了，又可能导致majorcollection频率增加。-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize直接指定了younggeneration的缺省大小和最大大小。

非堆内存的设置

默认分配为64M

-XX:PermSize设置最小分配空间，-XX:MaxPermSize设置最大分配空间。一般把这两个数值设为相同，以减少申请内存空间的时间。

内存溢出的原因

Old Generation溢出
这种内存溢出是最常见的情况之一，产生的原因可能是：
1) 设置的内存参数过小(ms/mx, NewSize/MaxNewSize)

解决方法：

1G内存环境下java jvm 的参数设置参考：

-server -Xms800m -Xmx800m -XX:PermSize=64M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=128m -Djava.awt.headless=true

2) 程序问题
单个程序持续进行消耗内存的处理，如循环几千次的字符串处理，对字符串处理应建议使用StringBuffer。此时不会报内存溢出错，却会使系统持续垃圾收集，无法处理其它请求，相关问题程序可通过ThreadDump获取。

单个程序所申请内存过大，有的程序会申请几十乃至几百兆内存，此时JVM也会因无法申请到资源而出现内存溢出，对此首先要找到相关功能，然后交予程序员修改，要找到相关程序，必须在Apache日志中寻找。
当Java对象使用完毕后，其所引用的对象却没有销毁，使得JVM认为他还是活跃的对象而不进行回收，这样累计占用了大量内存而无法释放。由于目前市面上还没有对系统影响小的内存分析工具，故此时只能和程序员一起定位。

Permanent Generation溢出
通常由于Perm段装载了大量的类而导致溢出，如spring的动态生成类。

目前的解决办法：
1) 将PermSize扩大，一般256M能够满足要求
2) 若别无选择，则只能将servlet的路径加到CLASSPATH中，但一般不建议这么处理

C Heap溢出
系统对C Heap没有限制，故C Heap发生问题时，Java进程所占内存会持续增长，直到占用所有可用系统内存

补充：软件开发 , Java ,