JVM內存模型（轉）

JVM內存由 Perm 和 Heap 組成. 其中

Heap = {Old + NEW = { Eden , from, to } }

 

JVM內存模型中分兩大塊，一塊是 NEW Generation, 另一塊是Old Generation. 在New Generation中，有一個叫Eden的空間，主要是用來存放新生的對象，還有兩個Survivor Spaces（from,to）, 它們用來存放每次垃圾回收後存活下來的對象。在Old Generation中，主要存放應用程序中生命週期長的內存對象，還有個Permanent Generation，主要用來放JVM自己的反射對象，比如類對象和方法對象等。

 

垃圾回收描述：

在New Generation塊中，垃圾回收一般用Copying的算法，速度快。每次GC的時候，存活下來的對象首先由Eden拷貝到某個Survivor Space, 當Survivor Space空間滿了後, 剩下的live對象就被直接拷貝到Old Generation中去。因此，每次GC後，Eden內存塊會被清空。在Old Generation塊中，垃圾回收一般用mark-compact的算法，速度慢些，但減少內存要求.
垃圾回收分多級，0級爲全部(Full)的垃圾回收，會回收OLD段中的垃圾；1級或以上爲部分垃圾回收，只會回收NEW中的垃圾，內存溢出通常發生於OLD段或Perm段垃圾回收後，仍然無內存空間容納新的Java對象的情況。

當一個URL被訪問時，內存申請過程如下：
A. JVM會試圖爲相關Java對象在Eden中初始化一塊內存區域
B. 當Eden空間足夠時，內存申請結束。否則到下一步
C. JVM試圖釋放在Eden中所有不活躍的對象（這屬於1或更高級的垃圾回收）, 釋放後若Eden空間仍然不足以放入新對象，則試圖將部分Eden中活躍對象放入Survivor區
D. Survivor區被用來作爲Eden及OLD的中間交換區域，當OLD區空間足夠時，Survivor區的對象會被移到Old區，否則會被保留在Survivor區
E. 當OLD區空間不夠時，JVM會在OLD區進行完全的垃圾收集（0級）
F. 完全垃圾收集後，若Survivor及OLD區仍然無法存放從Eden複製過來的部分對象，導致JVM無法在Eden區爲新對象創建內存區域，則出現”out of memory錯誤”

JVM調優建議:

ms/mx：定義YOUNG+OLD段的總尺寸，ms爲JVM啓動時YOUNG+OLD的內存大小；mx爲最大可佔用的YOUNG+OLD內存大小。在用戶生產環境上一般將這兩個值設爲相同，以減少運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
NewSize/MaxNewSize：定義YOUNG段的尺寸，NewSize爲JVM啓動時YOUNG的內存大小；MaxNewSize爲最大可佔用的YOUNG內存大小。在用戶生產環境上一般將這兩個值設爲相同，以減少運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
PermSize/MaxPermSize：定義Perm段的尺寸，PermSize爲JVM啓動時Perm的內存大小；MaxPermSize爲最大可佔用的Perm內存大小。在用戶生產環境上一般將這兩個值設爲相同，以減少運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
SurvivorRatio：設置Survivor空間和Eden空間的比例

內存溢出的可能性

1. OLD段溢出
這種內存溢出是最常見的情況之一，產生的原因可能是：
1) 設置的內存參數過小(ms/mx, NewSize/MaxNewSize)
2) 程序問題
單個程序持續進行消耗內存的處理，如循環幾千次的字符串處理，對字符串處理應建議使用StringBuffer。此時不會報內存溢出錯，卻會使系統持續垃圾收集，無法處理其它請求，相關問題程序可通過Thread Dump獲取（見系統問題診斷一章）單個程序所申請內存過大，有的程序會申請幾十乃至幾百兆內存，此時JVM也會因無法申請到資源而出現內存溢出，對此首先要找到相關功能，然後交予程序員修改，要找到相關程序，必須在Apache日誌中尋找。
當Java對象使用完畢後，其所引用的對象卻沒有銷燬，使得JVM認爲他還是活躍的對象而不進行回收，這樣累計佔用了大量內存而無法釋放。由於目前市面上還沒有對系統影響小的內存分析工具，故此時只能和程序員一起定位。

2. Perm段溢出
通常由於Perm段裝載了大量的Servlet類而導致溢出，目前的解決辦法：
1) 將PermSize擴大，一般256M能夠滿足要求
2) 若別無選擇，則只能將servlet的路徑加到CLASSPATH中，但一般不建議這麼處理

3. C Heap溢出
系統對C Heap沒有限制，故C Heap發生問題時，Java進程所佔內存會持續增長，直到佔用所有可用系統內存

其他：

JVM有2個GC線程。第一個線程負責回收Heap的Young區。第二個線程在Heap不足時，遍歷Heap，將Young 區升級爲Older區。Older區的大小等於-Xmx減去-Xmn，不能將-Xms的值設的過大，因爲第二個線程被迫運行會降低JVM的性能。

爲什麼一些程序頻繁發生GC？有如下原因：

l         程序內調用了System.gc()或Runtime.gc()。

l         一些中間件軟件調用自己的GC方法，此時需要設置參數禁止這些GC。

l         Java的Heap太小，一般默認的Heap值都很小。

l         頻繁實例化對象，Release對象。此時儘量保存並重用對象，例如使用StringBuffer()和String()。

如果你發現每次GC後，Heap的剩餘空間會是總空間的50%，這表示你的Heap處於健康狀態。許多Server端的Java程序每次GC後最好能有65%的剩餘空間。

經驗之談：

1．Server端JVM最好將-Xms和-Xmx設爲相同值。爲了優化GC，最好讓-Xmn值約等於-Xmx的1/3[2]。

2．一個GUI程序最好是每10到20秒間運行一次GC，每次在半秒之內完成[2]。

注意：

1．增加Heap的大小雖然會降低GC的頻率，但也增加了每次GC的時間。並且GC運行時，所有的用戶線程將暫停，也就是GC期間，Java應用程序不做任何工作。

2．Heap大小並不決定進程的內存使用量。進程的內存使用量要大於-Xmx定義的值，因爲Java爲其他任務分配內存，例如每個線程的Stack等。

2．Stack的設定

每個線程都有他自己的Stack。

-Xss	每個線程的Stack大小

Stack的大小限制着線程的數量。如果Stack過大就好導致內存溢漏。-Xss參數決定Stack大小，例如-Xss1024K。如果Stack太小，也會導致Stack溢漏。

3．硬件環境

硬件環境也影響GC的效率，例如機器的種類，內存，swap空間，和CPU的數量。

如果你的程序需要頻繁創建很多transient對象，會導致JVM頻繁GC。這種情況你可以增加機器的內存，來減少Swap空間的使用[2]。

4．4種GC

第一種爲單線程GC，也是默認的GC。，該GC適用於單CPU機器。

第二種爲Throughput GC，是多線程的GC，適用於多CPU，使用大量線程的程序。第二種GC與第一種GC相似，不同在於GC在收集Young區是多線程的，但在Old區和第一種一樣，仍然採用單線程。-XX:+UseParallelGC參數啓動該GC。

第三種爲Concurrent Low Pause GC，類似於第一種，適用於多CPU，並要求縮短因GC造成程序停滯的時間。這種GC可以在Old區的回收同時，運行應用程序。-XX:+UseConcMarkSweepGC參數啓動該GC。

第四種爲Incremental Low Pause GC，適用於要求縮短因GC造成程序停滯的時間。這種GC可以在Young區回收的同時，回收一部分Old區對象。-Xincgc參數啓動該GC。