深入进阶：图解分析JVM内存堆布局

从JDK7开始永久代的移除工作，贮存在永久代的一部分数据已经转移到了Java Heap或者是Native Heap。但永久代仍然存在于JDK7，并没有完全的移除：符号引用(Symbols)转移到了native heap;字面量(interned strings)转移到了java heap;类的静态变量(class statics)转移到了java heap。随着JDK8的到来，JVM不再有PermGen。但类的元数据信息(metadata)还在，只不过不再是存储在连续的堆空间上，而是移动到叫做“Metaspace”的本地内存(Native memory)中。

在JVM中共享数据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中共享数据空间可以分成三个大区，新生代(Young Generation)、老年代(Old Generation)、永久代(Permanent Generation)，其中JVM堆分为新生代和老年代

2.新生代可以划分为三个区，Eden区(存放新生对象)，两个幸存区(From Survivor和To Survivor)(存放每次垃圾回收后存活的对象)

3.永久代管理class文件、静态对象、属性等(JVM uses a separate region of memory, called the Permanent Generation (orPermGen for short), to hold internal representations of java classes. PermGen is also used to store more information )

4.JVM垃圾回收机制采用“分代收集”：新生代采用复制算法，老年代采用标记清理算法。

作为操作系统进程，Java 运行时面临着与其他进程完全相同的内存限制：操作系统架构提供的可寻址地址空间和用户空间。

操 作系统架构提供的可寻址地址空间，由处理器的位数决定，32 位提供了 2^32 的可寻址范围，也就是 4,294,967,296 位，或者说 4GB。而 64 位处理器的可寻址范围明显增大：2^64，也就是 18,446,744,073,709,551,616，或者说 16 exabyte(百亿亿字节)。

地址空间被划分为用户空间和内核空间。内核是主要的操作系统程序和C运行时，包含用于连接计算机硬件、调度程序以及提供联网和虚拟内存等服务的逻辑和基于C的进程(JVM)。除去内核空间就是用户空间，用户空间才是 Java 进程实际运行时使用的内存。

默认情况下，32 位 Windows 拥有 2GB 用户空间和 2GB 内核空间。在一些 Windows 版本上，通过向启动配置添加 /3GB 开关并使用 /LARGEADDRESSAWARE 开关重新链接应用程序，可以将这种平衡调整为 3GB 用户空间和 1GB 内核空间。在 32 位 Linux 上，默认设置为 3GB 用户空间和 1GB 内核空间。一些 Linux 分发版提供了一个hugemem内核，支持 4GB 用户空间。为了实现这种配置，将进行系统调用时使用的地址空间分配给内核。通过这种方式增加用户空间会减慢系统调用，因为每次进行系统调用时，操作系统必须在地址空间之间复制数据并重置进程地址-空间映射。

下图为一个32 位 Java 进程的内存布局：

可寻址的地址空间总共有 4GB，OS 和 C 运行时大约占用了其中的 1GB，Java 堆占用了将近 2GB，本机堆占用了其他部分。请注意，JVM 本身也要占用内存，就像 OS 内核和 C 运行时一样。

注意：

1. 上文提到的可寻址空间即指最大地址空间。

2. 对于2GB的用户空间，理论上Java堆内存最大为1.75G，但一旦Java线程的堆达到1.75G，那么就会出现本地堆的Out-Of-Memory错误，所以实际上Java堆的最大可使用内存为1.5G。

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

Java heap的大小（新生代+老年代） 
-Xms堆的最小值 
-Xmx堆空间的最大值 
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 
永久代大小调整 
-XX:MaxPermSize 
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

（编辑：PHP编程网 - 黄冈站长网）

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