堆的核心概述
- 一个JVM实例只存在一个堆内存，堆也是Java内存管理的核心区域。
- Java堆区在JVM启动的时候即被创建，其空间大小也就确定了。是JVM管理的最大一块内存空间。
- 堆内存的大小是可以调节的
- 《Java虚拟机规范》规定，堆可以处于物理上不连续的内存空间，但在逻辑上它应该被视为连续的。
- 所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有缓区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。
- 《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：所有对象实例以及数组都应当在运行时分配在堆上。
- 数组和对象可能永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置
- 在方法结束后，堆中的对象不会马上被移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除。
- 堆，是GC执行垃圾回收的重点区域。
堆空间大小的设置
- Java堆区用于存储Java对象实例，那么堆的带下在JVM启动时就已经设定好了，大家可以通过选项“-Xmx”和“-Xms”来进行设置。
- “-Xms”用来标识堆区的起始内存，等价于-XX:InitialHeapSize
- “-Xmx”用来表示堆区的最大内存，等价于-XX:MaxHeapSize
- 默认堆空间的大小
- 初始内存大小：物理电脑内存大小/64
- 最大内存大小：物理电脑内存大小/4
- 开发中建议将初始堆内存和最大的堆内存设置成相同的值
- 查看设置的参数：
- 方式一：jps 、jstat -gc 进程id
- 方式二：-XX:+PrintGCDetails
年轻代与老年代
- 存储在JVM的Java对象可以被划分为两类：
- 一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速
- 另外一类对象的生命周期却非常长，在某些极端的情况下还能够与JVM的生命周期保持一致
- Java堆区进一步细分的话，可以划分为年轻代（YoungGen）和老年代（OldGen）
- 其中年轻代又可以划分为Eden空间，Survivor0空间和Survivor1空间（有时也叫from区和to区）
- 配置新生代与老年代在堆结构的占比
- 默认-XX:NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3
- 可以修改-XX:NewRatio=4，表示新生代占1，老年代占4，新生代占整个堆的1/5
- jinfo -flag NewRatio
- 在hotspot中，Eden空间和另外两个Survivor空间所缺省所占的比例是8:1:1
- 当然开发人员可以通过“-XX:SurvivorRatio”调整这个空间比例。比如-XX:SurvivorRatio=8
- -XX:-UseAdaptiveSizePolicy，关闭比例自适应
- 几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的
- 绝大部分的Java对象的销毁都在新生代进行
- -Xmn：设置新生代的空间大小
Minor GC 、Major GC、Full GC
JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存（新生代、老年代、方法区）区域一起回收的，大部分时候回收的都是新生代。
- 部分收集：不是完整收集整个Java堆的垃圾收集。其中又分为：
- 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代（Eden\S0,S1）的垃圾收集
- 老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集
- 目前，只有CMS GC 会有单独收集老年代的行为
- 注意，很多时候Major GC会和Full GC混淆使用，需要具体分别是老年代回收还是整堆回收。
- 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。
- 目前，只有G1 GC会有这种行为
- 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆和方法区的垃圾收集
年轻代GC（Minor GC）触发机制
- 当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是Eden代满，Survivor满不会引发GC。每次MinGC 会清理年轻代的内存
- 因为Java对象大多都具备朝生夕死的特性，所以Minor GC非常频繁。一般回收速度也比较快。这一定义既清晰又易于理解。
- Minor GC会引发STW，暂停其他用户线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。
老年代GC（Major GC/Full GC）触发机制
- 指发生在老年代的GC，对象从老年代消失时，我们说Major GC或Full GC发生了
- 出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但非绝对的，在parallel scavenge收集器的手机策略里就有直接进行Major GC的策略选择）
- 也就是在老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间不足，则触发Major GC
- Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上，STW的时间更长
- 如果Major GC后，内存还不足，就报OOM了
- Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上
Full GC触发机制
- 调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
- 老年代空间不足
- 方法区空间不足
- 通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
- 由Eden区、Survivor space0（From space）区向survivor space1（To space）区复制时，对象大小大于to space可用内存，则把对象转存到老年代，且老年代的可用内存大小小于该对象的大小。
Full GC是开发或调优中尽量要避免的，这样暂停时间会短一些。
内存分配策略
如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并将对象年龄设为1。
对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就增加1岁，当它年龄增加到一定程度（默认15岁，其实每个JVM，每个GC都有所不同）时，就会被晋升到老年代中。
对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过选项-XX:MaxTenuringThreshold来设置
内存分配策略（或对象提升（Promotion）规则）
- 优先分配到Eden
- 大对象直接分配老年代
- 尽量避免程序中出现过多的大对象
- 长期存活的对象分配到老年代
- 动态对象年龄判断
- 如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄
- 空间分配担保
- -XX:HandlePromotionFailure
对象分配过程TLAB
为什么有TLAB
堆区是形成共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据。
由于实例的创建在JVM中非常频繁，因此在并发环境下从堆区中划分内存空间是线程不安全的
为避免多个线程操作同一地址，需要使用加锁等机制，进而影响分配速度
什么是TLAB
- 从内存模型而不是垃圾收集的角度，对Eden区域继续进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域，他包含在Eden空间内。
- 多线程同时分配内存是，使用TLAB可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配方式成为：快速分配策略。
- 据我所知所有OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计
TLAB说明
- 尽管不是所有的对象实例都能够在TLAB中成功分配内存，但JVM确实是将TLAB作为内存分配的首选。
- 在程序中，开发人员可以通过选项“-XX:UseTLAB”设置开启TLAB空间。
- 默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅占整个Eden空间的1%，当然我们可以通过选项“-XX:TLABWasteTargetPercent”设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小
- 一旦对象在TLAB空间分配内存失败时，JVM就会尝试通过使用加锁机制确保数据操作的原子性，从而直接在Eden空间中分配内存。
堆空间的参数设置
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html#BGBCIEFC
- -XX:+PrintFlagsInitial 查看所有的参数的默认初始值
- -XX:+PrintFlagsFinal 查看所有的参数的最终值（可能会存在修改，不再是初始值）
- -Xms:初始堆空间内存 默认为物理内存的1/64
- -Xmx:最大堆空间内存 默认为物理内存的1/4
- -Xmn:设置新生代的大小 初始值及最大值
- -XX:NewRatio 配置新生代与老年代在堆结构的占比
- -XX:SurvivorRatio 设置新生代中Eden和S0和S1空间的比例
- -XX:MaxTauntingThreshold 设置新生代垃圾的最大年龄
- -XX:+PrintGCDetails 输出详细的GC处理日志
逃逸分析
如何将堆上的对象分配到栈，需要使用逃逸分析手段。
这种可以有效减少Java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法
通过逃逸分析，Java hotspot比编译器能够分析出一个新的对象的引用的使用范围从而决定是否要将这个对象分配到堆上
逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：
- 当一个对象在方法中被定义后，对象只在方法内部使用，则认为没有发生逃逸
- 当一个对象在方法中被定义后，它被外部方法所引用，则认为发生逃逸。例如作为调用参数传递到其他地方中
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