Java内存模型分析

一、Java内存的构成

先上一个官方java document里的图：

由上图可知，整块区域分为Young Generation、Tenured Generation、Permanent Generation。

详细解释一下Young区：

Young区又分为：Eden、Survivor Space。

Survivor Space又分为 To Survivor、 From Survivor，如下图所示：

Java内存分为堆内存（heap）和 Permanent区。

1、Java堆内存（heap）：

–是 JVM 用于分配 Java 对象的内存，包含活动对象和不可用对象

–堆大小通常是在服务器启动时使用 java 命令中的 –Xms(最小) –Xmx（最大）标志来定义。

2、Permanent区：

–指内存的永久保存区域

–是Sun JDK和HP JDK用来加载类(class)和Meta信息的专门的内存区

–这个区域不归属Java堆内存(heap)范围

–Class在被Loader时就会被放到此，如果Java应用很大，例如类(class)很多，那么建议增大这个区域的大小来满足加载这些类的内存需求

–通过–XX:PermSize=***M –XX:MaxPermSize=***M调整

这里还有一个本地内存的概念：

·本地内存(native memory)：

–是 JVM 用于其内部操作的本地内存（非Java内存）

–JNI 代码和第三方本地模块（例如，本地 JDBC 驱动程序）也使用本地内存

–最大本地内存大小取决于以下因素：操作系统进程内存大小限制、已经指定用于 Java 堆的内存

也就是说，整个物理机的内存可以说由以下部分构成：

物理内存 = Java 内存＋本地内存＋操作系统保留的内存

二、垃圾回收（Garbage Collection，GC）

1、为什么要垃圾回收

–JVM自动检测和释放不再使用的内存。

–Java 运行时JVM会执行 GC，这样程序员不再需要显式释放对象。

2、垃圾回收（GC）的分类

–Minor GC

–Full GC

3、垃圾回收（GC）的产生过程

1）新生成的对象在Eden区完成内存分配

2）当Eden区满了，再创建对象，会因为申请不到空间，触发minorGC，进行young(eden+1survivor)区的
垃圾回收。（为什么是eden+1survivor：两个survivor中始终有一个survivor是空的，空的那个被标记成To
Survivor）

3）minorGC时，Eden不能被回收的对象被放入到空的survivor（也就是放到To
Survivor，同时Eden肯定会被清空），另一个survivor（From
Survivor）里不能被GC回收的对象也会被放入这个survivor（To
Survivor），始终保证一个survivor是空的。（MinorGC完成之后，To Survivor 和 From
Survivor的标记互换）

4）当做第3步的时候，如果发现存放对象的那个survivor满了，则这些对象被copy到old区，或者survivor区没有满，但是有些对象已经足够Old（通过XX:MaxTenuringThreshold参数来设置），也被放入Old区

5）当Old区被放满的之后，进行完整的垃圾回收，即 Full GC

6）Full GC时，整理的是Old Generation里的对象，把存活的对象放入到Permanent Generation里。

4、垃圾回收的回收器

–串行（–XX:+UseSerialGC ）

Out of Box算法，年轻代串行复制，年老代串行标记整理，主要用于桌面应用

–并行（–XX:+UseParallelGC ）

年轻代暂停应用程序，多个垃圾收集线程并行的复制收集，年老代暂停应用程序，与串行收集器一样，单垃圾收集线程标记整理。JDK 6.0启用该算法后，默认启用了-XX:+UseParallelOldGC，性能大为提高

–并发(Concurrent Low Pause Collector)( –XX:+UseConcMarkSweepGC )

启用该参数，默认启用了-XX:+UseParNewGC；简单的说，并发是指用户线程与垃圾收集线程并发，程序在继续运行，而垃圾收集程序运行于其他CPU上。

三、Java内存的调优参数

-Xmx1024m：

设置JVM最大可用内存为1024M。

-Xms1024m：

设置JVM促使内存为1024M。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

-Xmn512m：

设置年轻代大小为512M。（持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。）

-Xss128k：

设置每个线程的堆栈大小。这个值可以根据应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成。

-XX:NewRatio=4

设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（总的大小是Xms的值）。设置为4，则年轻代与年老代所占比值为1：4，年轻代占整个堆栈的1/5。

举个例子，-Xms 设置为 1024m，-Xmx 也设置为 1024m的情况下：

·年轻代 = 1024M/5 = 204.8M

·年老代 = 1024M/5*4 = 819.2M

如果-Xms和-Xmx的值设置的不一样，可以添加 -XX:MinHeapFreeRatio=<minimum> 和
-XX:MaxHeapFreeRatio=<maximum> 参数，使内存的大小能够在大于 -Xms 和小于 -Xmx
之间的范围内自动调整，所以内存中会有Virtual的空间（我是这样理解的，不是太清楚，这里需要大家指教）

英文原文如下：http://java.sun.com/docs/hotspot/gc1.4.2/#3. Sizing the Generations|outline

By default, the virtual machine grows or shrinks the heap at
each collection to try to keep the proportion of free space to live
objects at each collection within a specific range. This target range is
set as a percentage by the parameters
-XX:MinHeapFreeRatio=<minimum> and
-XX:MaxHeapFreeRatio=<maximum>, and the total size is bounded
below by -Xms and above by -Xmx .

-XX:SurvivorRatio=4：

设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4，一个Survivor区占整个年轻代的1/6

-XX:MaxPermSize=16m:

设置持久代大小为16m。

-XX:MaxTenuringThreshold=0：

设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入年老代。对于年老代比较多的应用，可以提高效
率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论。

总结如下图：

四、内存分配中会出现的错误

关于内存最常见的错误应该是这两个：

— 内存溢出 Out Of Memory（OOM）

— 内存泄露 Memory Leak （ML）

1、内存溢出

内存溢出发生在这种状况下：Java内存完成Minor GC 之后想要把还存活的对象放到 Old区里，但是这时Old区已经满了，同时 Permanent区也已经放不下存活的对象。这时就会产生 OOM 错误。

2、内存泄露

在Java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对
象，这些对象有下面两个特点，首先，这些对象是有被引用的，即在有向树形图中，存在树枝通路可以与其相连；其次，这些对象是无用的，即程序以后不会再使用
这些对象。如果对象满足这两个条件，这些对象就可以判定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。

找到一个例子：

“这里引用
一个常看到的例子，在下面的代码中，循环申请Object对象，并将所申请的对象放入一个Vector中，如果仅仅释放对象本身，但因为Vector仍然
引用该对象，所以这个对象对GC来说是不可回收的。因此，如果对象加入到Vector后，还必须从Vector中删除，最简单的方法就是将Vector对
象设置为null。