JVM-栈、堆

栈

重要理论

1. 栈管运行，堆管存储
2. 程序 = 算法 + 数据结构
3. 队列（FIFO）先进先出
4. 栈（FILO）先进后出
5. java方法在栈内就是栈帧（就是栈的一个格子）

基本介绍

1. 栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，生命周期是跟随现成的生命期，线程结束占内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，是线程私有的。
2. 8中基本类型的变量+对象的引用变量（对象名）+实例方法都是在函数的栈内存中分配

主要存储内容

栈帧中主要保存3类数据：

1. 本地变量：输入参数和输出参数以及方法内的变量
2. 栈操作：记录出栈、入栈的操作
3. 栈帧数据：包括类文件、方法等

栈运行原理

每个方法执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每一个方法从调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。栈的大小和具体JVM实现有关，通常在265K~765K，约等于1KB

其中图例的曲线（父帧->方法索引）父帧存取的内容可理解为PC寄存器存储的内容

java.lang.StackOverflowError

1. 这是一个错误，是java.lang.Error的子类（异常是Exception的子类）
2. 栈溢出，常出现在递归中

栈帧存储的内容

1. 局部变量表
2. 操作数帧
3. 指向运行时常量池的引用
4. 方法返回地址
5. 动态链接

栈、堆、方法区的交互关系

栈

基本

1. 一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小可以调节。
2. 类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行其执行
3. 堆内存分为三部分：
   • 新生区（Young/New）
   • 养老区（Old/Tenure）
   • 永久区（Perm）

堆结构

1. java8之后将永久存储区变为元空间，即7是永久代，8是元空间
2. 幸存者0 是 From区，幸存者1 是 To区，但是由于MinorGC(垃圾收集)的机制，有时候幸存者0 是To区，幸存者1 是from区，下文解释
3. 物理上，只有新生区和老年区
4. 新生区中，伊甸区：From区：To区 = 8 ： 1 ：1
5. 堆内存中，新生区 ： 老年区 = 1：2

MinorGC机制

1. 复制：eden、SurvivorFrom复制到SurvivorTo，年龄+1
   • 首先，当Eden区满的时候会触发第一次GC，把活着的对象拷贝到From
   • 当eden再次触发GC的时候会扫描eden和from区，对这两个区域进行垃圾回收，活着的对象复制到to
   • 把活下来的对象年龄+1，若达到老年标准，则复制到老年区
2. 清空：清空eden、from中的对象，也就是复制之后谁空谁是To
3. 交换：To 和 From交换
   • 最后，To 和 From互换，原To成为下一次GC时的From
   • 不分对象会在from 和 to区域复制来复制去，如此交换15次还是存货，就存入老年代
   • 交换次数JVM参数MaxTenuring Threshold决定，默认值15

堆溢出

1. java.lang.OutOfMemoryError:java heap soace异常

2. 原因有二：

   • java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数-Xms、-Xmx来调整
   • 代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）

永久代

1. 虽然JVM规范将方法区描述为一个堆的逻辑部分，但它还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的就是和堆分开
2. 永久代是方法区的一个实现
3. 永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所懈怠的Class，Interface的元数据（比如rt.jar,项目导进去的jar），也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，必须关闭JVM才会释放此区域所占用的内存

永久代和元空间

1. 永久代是用的是JVM堆内存，但是java8以后的元空间并不在虚拟机中而是使用本机物理内存
2. 默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制
3. 类的元数据放入native memory，字符串池和类的静态变量放入java堆中
4. 元空间可以加在多少泪的元数据就不再由MaxPermSize控制，而由系统的实际可用空间来控制

堆内存调优

堆内存优化简介

-Xms	设置初始分配大小，默认为物理内存的“1/64”
-Xmx	最大分配内存，默认为物理内存的"1/4"
-XX:+PrintGCDetails	输出详细的GC处理日志

查看参数

//Runtime对象，即运行时记录着各种参数的对象
int availableProcessors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();//cpu处理器数量
System.out.println(availableProcessors);

//开发时这两个值必须一样：避免内存忽高忽低（GC和程序抢内存），导致程序停顿
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();//堆内存最大大小
long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();//堆内存默认初始大小
System.out.println("-Xmx:MAX_MEMORY = "+maxMemory+"(字节)、"+(maxMemory/(double)1024/1024)+"MB");
System.out.println("-Xms:TOTAL_MEMORY = "+totalMemory+"(字节)、"+(totalMemory/(double)1024/1024)+"MB");

设置参数

IDEA设置参数

Run -> Exit Configuration -> VM options:

-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails

堆溢出

1. Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

输出详细GC收集日志信息

普遍规律：[ 名称 ： GC前内存占用 -> GC后内存占用 （该区内存总大小） ]

GC

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 96K->64K(2560K)] 5198K->5166K(9728K), 0.0003285 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 

1. [PSYoungGen: 96K->64K(2560K)]：
   GC类型：YoungGC前新生代内存占用 -> YoungGC后内存占用（新生代总大小）
2. 5198K->5166K(9728K)
   YoungGC前JVM堆内存占用 -> YoungGC后JVM堆占用（JVM堆总大小）,YoungGC耗时
3. 0.0003285 secs
   YoungGC耗时
4. Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs
   用户耗时，系统耗时，实际耗时

FullGC

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(1536K)] [ParOldGen: 4015K->3996K(7168K)] 4015K->3996K(8704K), [Metaspace: 3247K->3247K(1056768K)], 0.0072710 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 

1. [ParOldGen: 4015K->3996K(7168K)]
   GC类型（Old）：GC前Old区内存占用 -> GC后Old区内存占用（Old区总大小）
2. [Metaspace: 3247K->3247K(1056768K)]
   GC类型（Perm）：GC前Perm区内存占用 -> GC后Perm区内存占用（Perm区总大小）

GC4大算法

GC算法总体概述

1. 普通GC（minor GC）：只针对新生代区域的GC，指发生在新生代的垃圾收集动作，因为大多数Java对象存活率都不高，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
2. 全局GC（major GC or Full GC）：指发生在老年代的垃圾收集动作，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但并不是绝对的），Major GC的速度一般要比Minor GC 慢上10倍以上

4算法

引用计数法

1. 记录每个变量的被引用数量，为0时GC该对象
2. 现一般不用该算法，站空间，且循环引用不好处理

复制算法

1. 年轻代中使用的是MinorGC,这种GC算法采用的是复制算法
2. 原理
   • 从根集合（GC root）开始，通过Ttacing从From中找到存货对象，拷贝到To中
   • From、To交换身份，下次内存分配从To开始
3. 优点：不会产生内存碎片
4. 缺点：耗空间

标记清除

1. 老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现
2. 原理：
   • 从根节点开始标记遍历所有的GC Roots，先标记出要回收的对象
   • 遍历整个堆，把标记的对象清除
3. 优点：节省空间
4. 缺点会产生内存碎片（对象之间内存空间不连续）

标记压缩

1. 老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现
2. 原理
   • 标记，清除：同标记清除
   • 压缩：再次扫描，并往一段滑动存活对象
3. 优点：节省空间，且不会产生内存碎片
4. 缺点：需要移动对象的成本，效率较低，耗时多
5. 标记-清除-压缩：多次标记清除之后再标记压缩

小总结

1. 内存效率：复制>标记清除>标记整理
2. 内存整齐度：复制=标记整理>标记清除
3. 内存利用率：标记清除=标记整理>复制

分代收集算法

1. 次数上频繁收集Young区，特点是区域相对较小，对象成活率低：复制算法
2. 次数上较少收集Old区，特点是区域较大，对象成活率高：标记清除或者标记清除与标记整理的混合实现
3. 基本不动元空间

AAAAA