1. Java虛擬機內存結構
划分新生代和老年代，這樣只在新生代分配內存，從而簡化了新對象的分配。另外新生代和老年代使用不同的GC算法，可以更有效的清除不再需要的對象。
從上圖可以看出，JVM內存由young+old+permanent組成，JVM又進一步將Young分成了eden，from survivor和to survivor三個區域。新對象會首先分配在 Eden 中(如果新對象過大，會直接分配在老年代中)。在GC中，Eden 中的對象會被移動到survivor中，直至對象熬過一定的GC的次數,會被移動到老年代。老年代一般是一些系統級（線程庫，classloader等）的對象，官方推薦新生代占堆大小的3/8，而survivor區各占新生代的1/10。
2. GC原理
很多對象的生存時間都很短，而新生對象很少引用生存時間長的對象。所以，GC會頻繁訪問新生代對象，執行Minor GC。在新生代中，GC可以快速標記回收”死對象”，而不需要掃描整個Heap中的存活一段時間的”老對象”(即執行major/FULL GC)。
新生代的GC使用復制算法。在GC前To survivor區保持清空,對象保存在Eden和From survivor區中，GC運行時,Eden中的幸存對象被復制到 To survivor區。針對 From survivor取中的幸存對象，會考慮對象年齡,如果年齡沒達到閥值(tenuring threshold)，對象會被復制到To survivor區。如果達到閥值對象被復制到老年代。復制階段完成后，Eden 和From survivor區中只保存死對象，可以被視為全部清空。如果在復制過程中To survivor區被填滿了，剩余的對象會被復制到老年代中。最后 From和To會對換。
上圖演示GC過程，黃色表示死對象，綠色表示剩余空間，紅色表示幸存對象
如果新生代過小，會導致新生對象很快就晉升到老年代中，在老年代中對象很難被回收。如果新生代過大，會發生過多的復制過程。所以需要通過不斷的測試調優，找到一個合適的JVM參數。
3. JVM內存參數
堆內存大小設置
-Xms :初始堆大小。只要啟動，就占用的堆大小-Xmx :最大堆大小。java.lang.OutOfMemoryError: Java heap這個錯誤可以通過配置-Xms和-Xmx參數來設置-Xss：棧大小分配。棧是每個線程私有的區域，通常只有幾百K大小，決定了函數調用的深度，而局部變量、參數都分配到棧上。當出現大量局部變量，遞歸時，會發生棧空間OOM（java.lang.StackOverflowError）之類的錯誤。-XX:NewSize=n :設置新生代大小的絕對值-XX:NewRatio=n: 設置年輕代和年老代的比值。比如設置為3，則新生代：老年代=1：3，新生代占1/4的總heap大小。-XX:SurvivorRatio=n :年輕代中Eden區與兩個Survivor區的比值。注意Survivor區有from和to兩個。比如設置為8時，那么eden:from:to=8:1:1-XX:MaxPermSize=n :設置持久代大小 ；java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space這個OOM錯誤需要合理調大PermSize和MaxPermSize大小。-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError ：發生OOM時轉儲堆到文件，這是一個非常好的診斷方法。-XX:HeapDumpPath ：導出堆的轉儲文件路徑-XX:OnOutOfMemoryError：OOM時，執行一個腳本，比如發送郵件報警，重啟程序。后面跟着一個腳本的路徑。
測試1
第一次分配5M，沒有超過xms。第二次再次分配5M，total mem會增加。第三次再申請40M，超過xmx限制所以報了OOM錯誤。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
|
public class JVMTest {
public static void main(String args[]) {
//=====================Begin=========================
System.out.print("Xmx=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
System.out.print("free mem=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
System.out.print("total mem=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
//=====================First Allocated=========================
System.out.println("5MB array allocated");
byte[] b1 = new byte[5 * 1024 * 1024];
System.out.print("Xmx=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
System.out.print("free mem=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
System.out.print("total mem=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
//=====================Second Allocated=========================
System.out.println("10MB array allocated");
byte[] b2 = new byte[10 * 1024 * 1024];
System.out.print("Xmx=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
System.out.print("free mem=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
System.out.print("total mem=");
System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");
//=====================OOM=========================
System.out.println("OOM!!!");
System.gc();
byte[] b3 = new byte[40 * 1024 * 1024];
}
}
|
以50m XMX和10m XMS的運行測試：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
|
D:\>java -Xmx50m -Xms10m JVMTest
Xmx=44.5M
free mem=9.804550170898438M
total mem=10.5M
5MB array allocated
Xmx=44.5M
free mem=4.804534912109375M
total mem=10.5M
10MB array allocated
Xmx=44.5M
free mem=5.3045196533203125M
total mem=21.0M
OOM!!!
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at JVMTest.main(JVMTest.java:43)
|
測試2
|
1
2
3
4
5
6
7
|
public class JVMXmn1 {
public static void main(String args[]) {
byte[] b=null;
for(int i=0;i<10;i++)
b=new byte[1*1024*1024];
}
}
|
下面按1m的新生代設置，這時對象大於新生代大小，會直接創建在老年代。新生代沒有使用。沒有觸發gc
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn1m -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1
Heap
PSYoungGen total 512K, used 0K [0x00000000fff00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 0K, -2147483648% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff00000)
from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
to space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
ParOldGen total 19456K, used 10836K [0x00000000fec00000, 0x00000000fff00000, 0x00000000fff00000)
object space 19456K, 55% used [0x00000000fec00000,0x00000000ff695348,0x00000000fff00000)
PSPermGen total 21504K, used 2442K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)
object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c628d8,0x00000000faf00000)
|
下面按15m的新生代設置，全部分配在eden區，老年代沒有使用，沒有觸發gc。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn15m -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1
Heap
PSYoungGen total 13824K, used 11525K [0x00000000ff100000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 12288K, 93% used [0x00000000ff100000,0x00000000ffc417c8,0x00000000ffd00000)
from space 1536K, 0% used [0x00000000ffe80000,0x00000000ffe80000,0x0000000100000000)
to space 1536K, 0% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd00000,0x00000000ffe80000)
ParOldGen total 5120K, used 0K [0x00000000fea00000, 0x00000000fef00000, 0x00000000ff100000)
object space 5120K, 0% used [0x00000000fea00000,0x00000000fea00000,0x00000000fef00000)
PSPermGen total 21504K, used 2442K [0x00000000f9800000, 0x00000000fad00000, 0x00000000fea00000)
object space 21504K, 11% used [0x00000000f9800000,0x00000000f9a628d8,0x00000000fad00000)
|
下面按8m的新生代設置，觸發了一次gc，由於from和to的大小小於1M的對象大小，eden區會直接進入老年代。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn8m -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1
[GC [PSYoungGen: 5954K->536K(7168K)] 5954K->1560K(19456K), 0.0021655 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 7168K, used 5971K [0x00000000ff800000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 6144K, 88% used [0x00000000ff800000,0x00000000ffd4ecb8,0x00000000ffe00000)
from space 1024K, 52% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe86010,0x00000000fff00000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x0000000100000000)
ParOldGen total 12288K, used 1024K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff800000, 0x00000000ff800000)
object space 12288K, 8% used [0x00000000fec00000,0x00000000fed00010,0x00000000ff800000)
PSPermGen total 21504K, used 2445K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)
object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c63400,0x00000000faf00000)
|
下面按7m的新生代設置，from和to的大小可以為1/xmn,大於觸發了3次新生代gc，一共回收了7M左右的空間，最后剩余3M在系統當中，沒有使用老年代。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
|
D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn7m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1
[GC [PSYoungGen: 3785K->1512K(5632K)] 3785K->1568K(18944K), 0.0024118 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC [PSYoungGen: 4755K->1528K(5632K)] 4811K->1584K(18944K), 0.0013799 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC [PSYoungGen: 4631K->1496K(5632K)] 4687K->1552K(18944K), 0.0010990 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 5632K, used 2561K [0x00000000ff900000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 4096K, 26% used [0x00000000ff900000,0x00000000ffa0a448,0x00000000ffd00000)
from space 1536K, 97% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffe76020,0x00000000ffe80000)
to space 1536K, 0% used [0x00000000ffe80000,0x00000000ffe80000,0x0000000100000000)
ParOldGen total 13312K, used 56K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff900000, 0x00000000ff900000)
object space 13312K, 0% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec0e000,0x00000000ff900000)
PSPermGen total 21504K, used 2445K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)
object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c63400,0x00000000faf00000)
|
新生代占一半大小（10m），幸存區為3：1：1（6m:2m,2m)，觸發了1次gc，回收了7m左右空間，沒有使用老年代。對於這種臨時對象，減少老年代的使用是gc優化的關鍵。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
D:\>java -Xmx20m -Xms20m -XX:NewRatio=1 -XX:SurvivorRatio=3 -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1
[GC [PSYoungGen: 5954K->1624K(8192K)] 5954K->1624K(18432K), 0.0023152 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 8192K, used 7059K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 6144K, 88% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffb4ecb8,0x00000000ffc00000)
from space 2048K, 79% used [0x00000000ffc00000,0x00000000ffd96020,0x00000000ffe00000)
to space 2048K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x0000000100000000)
ParOldGen total 10240K, used 0K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000,0x00000000ff600000)
object space 10240K, 0% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec00000,0x00000000ff600000)
PSPermGen total 21504K, used 2445K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)
object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c63400,0x00000000faf00000)
|
^^