jvm堆内存和GC简介

最近经常遇到jvm内存问题，觉得还是有必要整理下jvm内存的相关逻辑，这里只描述jvm堆内存，对外内存暂不阐述。

jvm内存简图

jvm内存分为堆内存和非堆内存，堆内存分为年轻代、老年代，非堆内存里只有个永久代。

年轻代分为生成区（Eden）和幸存区（Survivor），幸存区由FromSpace和Tospace两部分组成，默认情况下，内存大小比例：Eden：FromSpace：ToSpace 为 8:1:1。

堆内存存放的是对象，垃圾收集器回收的就是这里的对象，不同区域的对象根据不同的GC算法回收，比如年轻代对应Minor GC，老年代对应Major GC。

非堆内存即永久代，也称为方法区，存储的是程序运行时长期存活的对象，比如类的元数据、方法、常量、属性等。

在jdk1.8废弃了永久代，使用元空间（MetaSpace）取而代之，元空间存储的对象与永久代相同，区别是：元空间并不在jvm中，使用的是本地内存。

为什么移除永久代呢

为融合HotSpot JVM与JRockit VM（新JVM技术）而做出的改变，因为JRockit没有永久代。

分代概念

首先，GC是Garbage Collection，即垃圾回收。

新生成的对象首先存放在生成区，当生成区满了，触发Minor GC，存活下来的对象转移到Survivor0，即FromSpace，Survivor0区满后触发执行Minor GC，存活对象移动到Suvivor1区，即ToSpace，经过多次Minor GC仍然存活的对象转移到老年代。

所以老年代存储的是长期活动的对象，当老年代满了会触发Major GC。

Minor GC和Major GC是俗称，有些情况下Major GC和Full GC是等价的，如果出发了Full GC,那么所有线程必须等待GC完成才能继续（见GC分类和算法）。

分代原因

将对象根据存活概率进行分类，对存活时间长的对象，放到固定区，从而减少扫描垃圾时间及GC频率。针对分类进行不同的垃圾回收算法，对算法扬长避短。

为什么幸存区分为大小相同的两部分：S0，S1

主要为了解决碎片化，因为回收一部分对象后，剩余对象占用的内存不连续，也就是碎片化，过于严重的话，当前连续的内存不够新对象存放就会触发GC，这样会提高GC的次数，降低性能，当S0 GC后存活对象转移到S1后存活对象占用的就是连续的内存。

GC分类和相关算法

我们来看下GC分类，才能清楚什么时候触发Full GC、和非Full GC，GC大致分为两种：

Partial GC：并不收集整个GC堆的模式，即可以理解为非Full GCYoung GC：只收集young gen的GC

Old GC：只收集old gen的GC。只有CMS有这个模式

Mixed GC：收集整个young gen以及部分old gen的GC。只有G1有这个模式

Full GC：收集整个堆，包括young gen、old gen、perm gen（如果存在的话）等所有部分的模式。

上面说的CMS和G1都是GC的算法，相关GC算法如下：

Serial GC算法：Serial Young GC ＋ Serial Old GC （实际上它是全局范围的Full GC）；

Parallel GC算法：Parallel Young GC ＋ 非并行的PS MarkSweep GC / 并行的Parallel Old GC（这俩实际上也是全局范围的Full GC），选PS MarkSweep GC 还是 Parallel Old GC 由参数UseParallelOldGC来控制；

CMS算法：ParNew（Young）GC + CMS（Old）GC ＋ Full GC for CMS算法；

G1 GC算法：Young GC + mixed GC（新生代，再加上部分老生代）＋ Full GC for G1 GC算法（应对G1 GC算法某些时候的不赶趟，开销很大）；

GC触发条件

Young GC：各种Young GC触发的条件都是Eden区满了。

Serial Old GC／PS MarkSweep GC／Parallel Old GC：当准备要触发一次young GC时，如果发现统计数据说之前young GC的平均晋升大小比目前old gen剩余的空间大，则不会触发young GC而是转为触发full GC。

Full GC for CMS：老年代使用比率超过某个值。

Full GC for G1 GC：Heap使用比率超过某个值。

如果有perm gen的话，要在perm gen分配空间但已经没有足够空间时，也要触发一次full GC。

小结：不同算法对应的GC回收条件是不同的。

GC方式

标记-清除（Mark-Sweep）

GC分为两个阶段，标记和清除。首先标记所有可回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。同时会产生不连续的内存碎片，碎片过多会导致以后程序运行时需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存，而不得已再次触发GC。

红色代表被标记的可回收对象，绿色代表存活对象

清除后如下：

复制（Copy）

将内存按容量划分为两块，每次只使用其中一块。当这一块内存用完了，就将存活的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对半个内存区回收，也不用考虑内存碎片问题，简单高效。缺点需要两倍的内存空间。

清除前后如下：

标记-整理（Mark-Compact）

也分为两个阶段，首先标记可回收的对象，再将存活的对象都向一端移动，然后清理掉边界以外的内存。此方 法避免标记-清除算法的碎片问题，同时也避免了复制算法的空间问题。

一般年轻代中执行GC后，会有少量的对象存活，就会选用复制算法，只要付出少量的存活对象复制成本就可以 完成收集。而老年代中因为对象存活率高，没有额外过多内存空间分配，就需要使用标记-清理或者标记-整理算法来进行回收。

清除前后如下：

GC算法参数OOM原因

1）老年代内存不足：java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace

2）永久代内存不足：java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace

3）代码bug，占用内存无法及时回收。

可以通过添加个参数-XX:+HeapDumpOnOutMemoryError，让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照以便事后分析。

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