1、什麼是堆內存？
Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一塊內存空間，主要用於存放各種類的實例對象。
在 Java 中，堆被劃分成兩個不同的區域：
- 新生代 ( Young )、
- 老年代 ( Old )。
新生代 ( Young ) 又被劃分爲三個區域
：
- Eden、
- From Survivor、
- To Survivor。
這樣劃分的目的是爲了使 JVM 能夠更好的管理堆內存中的對象，包括內存的分配以及回收。
2、堆內存的作用是什麼？
在虛擬機啓動時創建。
堆內存的唯一目的就是創建對象實例，所有的對象實例和數組都要在堆上分配。
堆是由垃圾回收來負責的，因此也叫做“GC堆”，垃圾回收採用分代算法，堆由此分爲新生代和老年代。
堆的優勢是可以動態地分配內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因爲它是在運行時動態分配內存的，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據。
但缺點是，由於要在運行時動態分配內存，存取速度較慢。當堆內存因爲滿了無法擴展時就會拋出java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space異常。出現這種情況的解決辦法具體參見java調優。
3、堆內存如何配置？
默認情況下，Elasticsearch JVM使用堆內存最小和最大大小爲2 GB（5.X版本以上）。
早期版本默認1GB，官網指出：這明顯不夠。
在轉移到生產環境時，配置足夠容量的堆大小以確保Elasticsearch功能和性能是必要的。
Elasticsearch將通過Xms（最小堆大小）和Xmx（最大堆大小）設置來分配jvm.options中指定的整個堆。
舉例如下：
設置方式一：
在jvm.option配置文件中設置堆內存。
-Xms2g
-Xmx2g
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設置方式二：
通過環境變量設置。
這可以通過註釋掉jvm.options文件中的Xms和Xmx設置並通過ES_JAVA_OPTS設置這些值來完成：
ES_JAVA_OPTS="-Xms2g -Xmx2g" ./bin/elasticsearch
ES_JAVA_OPTS="-Xms4000m -Xmx4000m" ./bin/elasticsearch
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4、堆內存的決定因素
堆內存的值取決於服務器上可用的內存大小。
5、堆內存配置建議
將最小堆大小（Xms）和最大堆大小（Xmx）設置爲彼此相等。
Elasticsearch可用的堆越多，可用於緩存的內存就越多。但請注意，太多的堆內存可能會使您長時間垃圾收集暫停。
將Xmx設置爲不超過物理內存的50％，以確保有足夠的物理內存留給內核文件系統緩存。
- 不要將Xmx設置爲JVM超過32GB。
大小建議：
宿主機內存大小的一半和31GB，取最小值。
6、堆內存爲什麼不能超過物理機內存的一半？
堆對於Elasticsearch絕對重要。
它被許多內存數據結構用來提供快速操作。但還有另外一個非常重要的內存使用者：Lucene。
Lucene旨在利用底層操作系統來緩存內存中的數據結構。 Lucene段(segment)存儲在單個文件中。因爲段是一成不變的，所以這些文件永遠不會改變。這使得它們非常容易緩存，並且底層操作系統將愉快地將熱段（hot segments）保留在內存中以便更快地訪問。這些段包括倒排索引（用於全文搜索）和文檔值（用於聚合）。
Lucene的性能依賴於與操作系統的這種交互。但是如果你把所有可用的內存都給了Elasticsearch的堆，那麼Lucene就不會有任何剩餘的內存。這會嚴重影響性能。
標準建議是將可用內存的50％提供給Elasticsearch堆，而將其他50％空閒。它不會被閒置; Lucene會高興地吞噬掉剩下的東西。
如果您不字符串字段上做聚合操作（例如，您不需要fielddata），則可以考慮進一步降低堆。堆越小，您可以從Elasticsearch（更快的GC）和Lucene（更多內存緩存）中獲得更好的性能。
7、堆內存爲什麼不能超過32GB？
在Java中，所有對象都分配在堆上並由指針引用。普通的對象指針（OOP）指向這些對象，傳統上它們是CPU本地字的大小：32位或64位，取決於處理器。
對於32位系統，這意味着最大堆大小爲4 GB。對於64位系統，堆大小可能會變得更大，但是64位指針的開銷意味着僅僅因爲指針較大而存在更多的浪費空間。並且比浪費的空間更糟糕，當在主存儲器和各種緩存（LLC，L1等等）之間移動值時，較大的指針消耗更多的帶寬。
Java使用稱爲壓縮oops的技巧來解決這個問題。而不是指向內存中的確切字節位置，指針引用對象偏移量。這意味着一個32位指針可以引用40億個對象，而不是40億個字節。最終，這意味着堆可以增長到約32 GB的物理尺寸，同時仍然使用32位指針。
一旦你穿越了這個神奇的〜32 GB的邊界，指針就會切換回普通的對象指針。每個指針的大小增加，使用更多的CPU內存帶寬，並且實際上會丟失內存。實際上，在使用壓縮oops獲得32 GB以下堆的相同有效內存之前，需要大約40-50 GB的分配堆。
以上小結爲：即使你有足夠的內存空間，儘量避免跨越32GB的堆邊界。
否則會導致浪費了內存，降低了CPU的性能，並使GC在大堆中掙扎。
8、我是內存土豪怎麼辦？
假設，我有一臺帶有1TB RAM的機器！
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32 GB的基線相當重要。那麼當你的機器有很多內存時你怎麼做？當前具有512-768 GB RAM的超級服務器變得越來越普遍。
首先，我們建議避免使用這種大型機器。
但是如果你已經有了這些機器，你有三種實用的選擇：
1. 你是否主要進行全文搜索？
考慮給Elasticsearch提供4-32 GB，並讓Lucene通過操作系統文件系統緩存使用剩餘的內存。所有內存都會緩存段，並導致快速全文搜索。
2. 你在做很多排序/聚合？
大部分聚合數字，日期，地理位置和not_analyzed字符串？你很幸運，你的聚合將在內存緩存的文檔值上完成！
從4-32 GB的內存中給Elasticsearch一個地方，剩下的讓操作系統在內存中緩存doc值。
3. 你是否對分析過的字符串進行了很多排序/聚合（例如對於字標記或SigTerms等）？
不幸的是，這意味着你需要fielddata，這意味着你需要堆空間。
考慮在一臺機器上運行兩個或多個節點，而不是一個節點數量巨大的RAM。
儘管如此，仍然堅持50％的規則。
To土豪內存小結：
因此，如果您的機器具有128 GB的RAM，請運行兩個節點，每個節點的容量低於32 GB。這意味着小於64 GB將用於堆，而Lucene將剩餘64 GB以上。
如果您選擇此選項，請在您的配置中設置cluster.routing.allocation.same_shard.host：true。這將阻止主副本分片共享同一臺物理機（因爲這會消除副本高可用性的好處）。
9、堆內存優化建議
方式一：最好的辦法是在系統上完全禁用交。
這可以暫時完成：
sudo swapoff -a
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要永久禁用它，你可能需要編輯你的/ etc / fstab。
方式二：控制操作系統嘗試交換內存的積極性。
如果完全禁用交換不是一種選擇，您可以嘗試降低swappiness。該值控制操作系統嘗試交換內存的積極性。這可以防止在正常情況下交換，但仍然允許操作系統在緊急內存情況下進行交換。
對於大多數Linux系統，這是使用sysctl值配置的：
vm.swappiness = 1
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1的swappiness優於0，因爲在某些內核版本上，swappiness爲0可以調用OOM殺手。
方式三：mlockall允許JVM鎖定其內存並防止其被操作系統交換。
最後，如果兩種方法都不可行，則應啓用mlockall。文件。這允許JVM鎖定其內存並防止其被操作系統交換。在你的elasticsearch.yml中，設置這個：
bootstrap.mlockall：true
10、注意
修改JVM相關配置很容易，但容易產生難以測量的不透明效果，並最終將您的羣集解調爲緩慢，不穩定的混亂
在調試羣集時，第一步通常是刪除所有自定義配置。大約一半的時間，僅靠這一點就恢復了穩定性和性能。
11、最新認知
事實上，給ES分配的內存有一個魔法上限值26GB，
這樣可以確保啓用zero based Compressed Oops，這樣性能纔是最佳的。
參考:https://elasticsearch.cn/question/3995
https://www.elastic.co/blog/a-heap-of-trouble
12、小結
這是一篇官網文檔&原理的整合文章，主要目的是梳理認知。
13、參考
基礎：http://t.cn/RH4DDYu
設置：http://t.cn/RmKbO1i
建議：http://t.cn/RmKbjsF
注意：http://t.cn/RmKbHp5
堆：http://t.cn/RmKbRji