JVM內存管理 《深刻分析java web 技術內幕》第八章

 

• 8.1 物理內存與虛擬內存

物理內存RAM（隨機存儲器），寄存單元爲寄存器，用於存儲計算單元執行指令的中間結果。

鏈接處理器和RAM或者處理器和寄存器的是地址總線，這個地址的寬度影響了物理地址的索引範圍，總線的寬度決定了處理器一次能夠從寄存器或者內存中獲取多少個bit。

虛擬內存的出現使不一樣進程在同時運行時能夠共享物理內存，提升內存利用率，並且能擴展內存的地址空間。

• 8.2 內核空間與用戶空間

一個電腦4GB的地址空間被劃分爲內核空間和用戶空間，程序只能使用用戶空間的內存。

內核空間主要是指操做系統運行時所使用的用於程序調度、虛擬內存的使用或者鏈接硬件資源等的程序邏輯。

• 8.3 Java中那些組件須要使用內存

Java堆

Java堆是用於存儲Java對象的內存區域，堆的大小在JVM啓動時就一次向操做系統申請完成，經過-Xmx（最大）和-Xms（初始）兩個選項來控制大小，一旦分配完成後就固定了。Java堆中內存空間的管理由JVM來控制，對象建立由Java應用程序控制，對象所佔的空間釋放由管理內存的垃圾收集器來完成。

線程

JVM運行實際程序的實體是線程，而線程須要內存空間來存儲必要的數據。每一個線程建立時JVM都會爲它建立一個堆棧。

類和類的加載器

Java中類和加載類自己一樣須要存儲空間，這個區域叫永久帶（PermGen區）。

卸載類（內存回收）條件：

一、Java堆中沒有對錶示該加載器的java.lang.ClassLoader對象引用

二、Java堆沒有對錶示類加載器的類的任何java.lang.Class對象的引用

三、在Java堆上該類加載器加載的任何類的全部對象都不在存活（被引用）

NIO

NIO使用java.nio.ByteBuffer.allocateDirect()方法分配內存，是本機內存而不是Java堆上的內存，增長了一次系統調用。直接ByteBuffer產生的數據和網絡或者磁盤交互都在操做系統的內核空間中發生，不須要將數據複製到Java內存中，加快數據處理速度。

JNI

JNI技術使得本機代碼（C語言）能夠調用Java方法，即native memory

• 8.4 JVM內存結構

在Java虛擬機規範中將Java運行時數據劃分爲6種

PC寄存器數據

保存當前執行的程序的內存地址

Java棧

Java棧老是和線程關聯，每當建立一個線程時，JVM就會爲這個線程建立一個對應的Java棧，這個棧中又會含有多個棧幀，這些棧幀是與每一個方法關聯起來，每運行一個方法就建立一個棧幀，每個棧幀會含有一些內存變量，操做棧和方法返回值等信息。

堆

堆是存放Java對象的地方，是JVM管理Java對象的核心內存區域，每一個存儲在堆中的Java對象都是這個對象的類的一個副本，它會複製包括繼承自它父類的全部非靜態屬性

方法區

JVM方法區用於存儲類結構信息的地方，在Java堆中的永久區內，在啓動程序後一段時間就固定餓了

本地方法棧

是爲JVM運行Native方法準備的空間，因爲不少Native方法是C語言實現的，因此也叫C棧

運行時常量池

表明運行時每一個class文件中的常量表

• 8.5 JVM內存分配策略

一般的內存分配策略

一、靜態內存分配：指在程序編譯時就能肯定每一個數據在運行時刻的存儲空間需求

二、棧式內存分配（動態存儲分配）：由一個相似堆棧的運行棧來實現，程序對數據區的需求在運行時纔可以爲其分配內存。棧式內存分配按照先進後出的原則進行分配

三、堆內存分配：當程序真正運行到相應的代碼時才知道空間大小

Java中內存分配詳解

Java棧：其分配是和線程綁定在一塊兒的，當咱們建立一個線程時，JVM會爲這個線程建立一個新的Java棧，一個線程的方法的調用和返回對應於這個Java棧的壓棧和出棧。當線程激活一個Java方法時，JVM就會在線程的Java堆棧裏新壓入一個幀，這個幀天然成了當前幀。在此方法執行期間，這個幀用來保存參數、局部變量、中間計算過程和其餘數據。棧中主要存放一些基本的數據類型和對象句柄（引用）。存取速度比堆快，僅次於寄存器，棧數據能夠共享。靜態分配內存，編譯時肯定生存期大小。

Java堆：每個Java應用都惟一對應一個JVM實例，每個實例惟一對應一個堆。應用程序在運行中所建立的全部類實例或數組都放在這個堆中，並由應用程序全部的線程共享。Java中分配堆內存是自動初始化，全部對象的存儲空間都是在堆中分配的，可是這個對象的引用在堆棧中分配。可動態分配內存大小、運行時分配內存。

即建立一個對象時，堆中分配的內存實際創建這個對象，而在堆棧中分配的內存只是指向這個堆對象的指針（引用）而已。

• 8.6 JVM內存回收策略

靜態內存分配和回收

Java中靜態內存分配指在Java被編譯時就已經可以肯定須要的內存空間，當程序加載時系統把內存一次性分配給它。這些內存只有在程序結束時才被收回。

動態內存分配和回收

Java中對象的內存空間是動態分配的，就是在程序執行時才知道要分配的存儲空間大小，只有等到對象再也不使用時纔會被回收。

如何檢測垃圾

只要某個對象再也不被其餘活動對象引用，那麼這個對象就能夠被回收。活動對象指可以被一個根對象集合到達的對象。

根對象集合：

一、方法中局部變量區中對象的引用

二、Java操做棧中的對象引用

三、常量池中對象引用

四、本地方法中持有的對象引用

五、類的Class對象

基於分代的垃圾收集算法

1. Young區 分爲Eden區和兩個Survivor區，其中新建立的對象都在Eden區，當Eden區滿後觸發minor GC 將Eden區仍然存活的對象複製到Survivor區中，另一個Survivor區中的存活對象也複製到這個Survivor中，保證始終有一個Survivor區是空的。
2. Old區存放的是Young區的Survivor滿後觸發minno GC後仍然存活的對象，當Eden區滿後將對象存放到Survivor區中，若是Survivor中仍然存放不下這些對象，GC收集器會將這些對象直接存放到Old區。若是Survivor區中對象足夠老，也直接存放到Old區。若是Old區也滿了，將會觸發Full GC回收整個堆內存。
3. Perm區存放的主要是類的Class對象，若是一個類被頻繁地加載，也可能會致使Perm區滿，Perm區的垃圾回收也是Full GC觸發的。

三類垃圾收集算法：

一、Serial Collector

是JVM在client模式下的默認的GC方式，經過JVM配置參數-XX:+UseSerialGC來指定GC使用該手機算法。當Eden空間不足時就觸發Minor GC，觸發Minor GC時首先檢查以前每次Minor GC時晉升到Old區的平均對象大小是否大於Old區的剩餘空間，若是大於，則直接觸發Full GC，若是小於，則看HandlePromotionFailur參數的值。若是爲true，僅觸發Minor GC，不然再觸發一次Full GC。

Java參數：java -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails

二、Parallel Collector

Parallel GC根據Minor GC 和Full GC的不一樣分爲三種，分別是ParNewGC、ParallelGC和ParallelOldGC。

1）ParNewGC：經過-XX:+UseParNewGC參數來指定，對象分配和回收策略與Serial Collector相似，只是回收的線程是多線程的。

2）ParallelGC：Server下默認的GC方式，當在Eden區申請內存空間時，若是Eden區不夠，那麼看當前申請的空間是否大於等於Eden的一半，若是大於則此次申請的空間直接在Old中分配，小於則觸發Minor GC。在觸發GC以前首先會檢查每次晉升到Old區的平均大小是否大於Old區的剩餘空間，若是大於則再出發Full GC。在此次觸發GC後仍然會按照這個規則從新檢查一次。

JVM參數：java -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+UsePaallelGC -XX:+PrintGCDetails

3）ParallelOldGC

和ParallelGC的區別：前者Full GC進行的動做爲清空整個Heap堆中的垃圾對象，清楚Perm區中已經被卸載的類信息，並進行壓縮。然後者是清楚Heap堆中部分垃圾對象，並進行部分的空間壓縮。

三、CMS Collector

觸發規則：檢查Old區或者Perm區的使用率，當達到必定比例時觸發CMS GC，觸發時會回收Old區中的內存空間。觸發Full GC：1）Eden分配失敗，Minor GC後分配到To Space，To

Space不夠再分配到Old區，Old區不夠再出發Full GC 2）當CMS GC正在進行時向Old申請內存失敗則會直接觸發Full GC。

四、三種GC優缺點對比

• 8.7 內存問題分析

GC日誌分析

<collector>GC 表示收集器的名稱

<starting occupancy1>表示Young區在GC前佔用的內存。

<ending occupancy1>表示Young區在GC後佔用的內存。

<pause time1>表示Young區局部收集時JVM暫停處理的時間。

<starting occupany2>表示JVM Heap在GC前佔用的內存

<ending occupany2>表示JVM Heap在GC後佔用的內存

<pause time2>表示GC過程當中JVM暫停處理的總時間

根據日誌判斷是否存在內存泄漏，若是<ending occupancy1>-<starting occupany1>=<ending occupancy2>-<starting occupany2>，則代表此次GC對象100%被回收，沒有對象進入Old區或者Perm區。若是是大於號則此次回收對象進入Old區或者Perm區。若是<ending occupany2>一直增加，並且Full GC很頻繁，則可能內存泄漏。