JVM内存堆布局图解分析

Posted 2020-06-08

JAVA能够实现跨平台的一个根本原因，是定义了class文件的格式标准,凡是实现该标准的JVM都能够加载并解释该class文件，据此也可以知道，为啥Java语言的执行速度比C/C++语言执行的速度要慢了,当然原因肯定不止这一个，如在JVM中没有数据寄存器，指令集使用的是栈来保存中间数据…等,尽管Java的贡献者们为执行速度的提高想了各种办法，如JIT、动态编译器等,以下是Leetcode中一道题目用不同的语言实现时的执行性能对比图…

以下是JVM的一个基本架构图,在这个基本架构图中，栈有两部份，Java线程栈以及本地方法栈，栈的概念与C/C++程序基本上都是一个概念,里面存放的都是栈帧，一个栈帧代表的就是一个函数的调用，在栈帧里面存放了函数的形参，函数的局部变量, 返回地址等，但是与C/C++的一个重要区别是，C/C++里面有传值以及传址的区别，当传的是一个对象时（ 结构体也可以当成对象，其实就是对象~，只不过里面的方法默认都是public的，不信你可以试试，在结构体中加一个函数，编译器也不会报错，程序依旧运行~~~）,会将对象复到到栈中，而Java中只有基本类型才是传值的，其他类型传的都是引用，什么是引用，学过C/C++的就把引用当作指针理解吧~~~，在这个基本架构图中，可以看出JVM还定义了一个本地方法栈，本地方法栈是为Java调用本地方法【这些本地方法是由其他语言编写的】服务的

上面的图中看到的是JVM中栈有两个，但是堆只有一个，每一个线程都有自已的线程栈【线程栈的大小可以通过设置JVM的-xss参数进行配置，32位系统下，一般默认的大小是512K】，线程栈里面的数据属于该线程私有，但是所有的线程都共享一个堆空间,堆中存放的是对象数据，什么是对象数据，排除法，排除基本类型以及引用类型以外的数据都将放在堆空间中，下面来具体分析一下堆空间…

在JVM中堆空间划分如下图所示

上图中，刻画了Java程序运行时的堆空间,可以简述成如下2条

1.JVM中堆空间可以分成三个大区，新生代、老年代、永久代

2.新生代可以划分为三个区，Eden区，两个幸存区

在JVM运行时，可以通过配置以下参数改变整个JVM堆的配置比例

1.JVM运行时堆的大小

　　-Xms堆的最小值

　　-Xmx堆空间的最大值

2.新生代堆空间大小调整

　　-XX:NewSize新生代的最小值

　　-XX:MaxNewSize新生代的最大值

　　-XX:NewRatio设置新生代与老年代在堆空间的大小

　　-XX:SurvivorRatio新生代中Eden所占区域的大小

3.永久代大小调整

　　-XX:MaxPermSize

4.其他

　  -XX:MaxTenuringThreshold,设置将新生代对象转到老年代时需要经过多少次垃圾回收，但是仍然没有被回收

在上面的配置中，老年代所占空间的大小是由-XX:SurvivorRatio这个参数进行配置的,看完了上面的JVM堆空间分配图，可能会奇怪，为啥新生代空间要划分为三个区Eden及两个Survivor区？有何用意？为什么要这么分？要理解这个问题，就得理解一下JVM的垃圾收集机制（复制算法也叫copy算法),步骤如下:

复制（Copying）算法

将内存平均分成A、B两块，算法过程：

1. 新生对象被分配到A块中未使用的内存当中。当A块的内存用完了， 把A块的存活对象对象复制到B块。
2. 清理A块所有对象。
3. 新生对象被分配的B块中未使用的内存当中。当B块的内存用完了， 把B块的存活对象对象复制到A块。
4. 清理B块所有对象。
5. goto 1。

优点：简单高效。缺点：内存代价高，有效内存为占用内存的一半。

图解说明如下所示:（图中后观是一个循环过程）

对复制算法进一步优化：使用Eden/S0/S1三个分区

平均分成A/B块太浪费内存，采用Eden/S0/S1三个区更合理，空间比例为Eden:S0:S1==8:1:1，有效内存（即可分配新生对象的内存）是总内存的9/10。

算法过程：

1. Eden+S0可分配新生对象；
2. 对Eden+S0进行垃圾收集，存活对象复制到S1。清理Eden+S0。一次新生代GC结束。
3. Eden+S1可分配新生对象；
4. 对Eden+S1进行垃圾收集，存活对象复制到S0。清理Eden+S1。二次新生代GC结束。
5. goto 1。

默认Eden:S0:S1=8:1:1,因此，新生代中可以使用的内存空间大小占用新生代的9/10,那么有人就会问，为什么不直接分成两个区，一个区占9/10,另一个区占1/10，这样做的原因大概有以下几种

1.S0与S1的区间明显较小，有效新生代空间为Eden+S0/S1，因此有效空间就大，增加了内存使用率
2.有利于对象代的计算，当一个对象在S0/S1中达到设置的XX:MaxTenuringThreshold值后，会将其分到老年代中，设想一下，如果没有S0/S1,直接分成两个区，该如何计算对象经过了多少次GC还没被释放,你可能会说，在对象里加一个计数器记录经过的GC次数，或者存在一张映射表记录对象和GC次数的关系，是的，可以，但是这样的话，会扫描整个新生代中的对象, 有了S0/S1我们就可以只扫描S0/S1区了~~~

GC实例分析，下次再分析~