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jvm堆内存和GC简介

互联网 diligentman 3天前 12次浏览

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堆内存和GC简介

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

  5. 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。


  6. 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:

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

  2. 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;

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

  4. 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

    jvm堆内存和GC简介

    清除后如下:

    jvm堆内存和GC简介

    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:

jvm堆内存和GC简介jvm堆内存和GC简介

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:

jvm堆内存和GC简介jvm堆内存和GC简介

GC算法参数

参数 描述
-XX:+UseSerialGC 串行收集器
-XX:+UseParallelGC 并行收集器
-XX:+UseParallelGCThreads=8 并行收集器线程数,同时有多少个线程进行垃圾回收,一般与CPU数量相等
-XX:+UseParallelOldGC 指定老年代为并行收集
-XX:+UseConcMarkSweepGC CMS收集器(并发收集器)
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 开启内存空间压缩和整理,防止过多内存碎片
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 表示多少次Full GC后开始压缩和整理,0表示每次Full GC后立即执行压缩和整理
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80% 表示老年代内存空间使用80%时开始执行CMS收集,防止过多的Full GC
-XX:+UseG1GC G1收集器
-XX:MaxTenuringThreshold=0 在年轻代经过几次GC后还存活,就进入老年代,0表示直接进入老年代

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。

– END –


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