JVM学习（3）堆的配置参数

jvm区域总体分两类，heap区和非heap区。heap区又分：Eden Space（伊甸园）、Survivor Space(幸存者区)、Tenured Gen（老年代-养老区）。 非heap区又分：Code Cache(代码缓存区)、Perm Gen（永久代）、Jvm Stack(java虚拟机栈)、Local Method Statck(本地方法栈)。

堆空间是java进程的重要组成部分，几乎所有与应用有关的内存空间都和堆有关。本节主要介绍与堆有关的参数。

一.最大堆和初始堆的设置:

当java进程启动时，虚拟机会分配一块初始堆空间，可以使用参数-Xms指定这块空间的大小。一般来说为了节省空间，虚拟机会尽可能的在初始（最小）堆空间的范围内运行。但是如果对空间耗尽了，虚拟机会对堆空间进行扩展，其扩展上限为最大堆空间，最大堆空间可以使用参数-Xmx指定。

下面的例子，说明最大堆，初始堆以及系统可用内存的含义和彼此之间的关系。堆的设置为：
-Xmx20m -Xms5m -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC

public class HeapAlloc {
    public static void main(String[] args) {


        System.out.print("maxMemory=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("free mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("total mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024+"m");

        byte[] b=new byte[1*1024*1024];
        System.out.println("分配了1M空间给数组");


        System.out.print("maxMemory=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("free mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("total mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024+"m");

        byte[] c=new byte[4*1024*1024];
        System.out.println("分配了4M空间给数组");


        System.out.print("maxMemory=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("free mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("total mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024+"m");
        System.gc();
        System.out.println("gc释放空间，空闲空间增多");
        System.out.print("maxMemory=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("free mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024/1024+"m");

        System.out.print("total mem=");
        System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024+"m");
    }
}

1. 没有分配对象时的堆情况打印：
最大堆空间：maxMemory=18m
空闲堆空间: free mem=4m
使用的堆空间：total mem=5m
使用的堆空间=空闲堆空间+对象占据的内存
2. 分配了1M空间给数组：
最大堆空间：maxMemory=18m
空闲堆空间: free mem=3m
使用的堆空间：total mem=5m //最小堆空间能够满足使用

3. 分配了4M空间给数组：
最大堆空间：maxMemory=18m
空闲堆空间: free mem=2m
使用的堆空间：total mem=10m// 最小堆空间不能够满足使用，做了扩容

4. gc释放空间，空闲空间增多：
最大堆空间：maxMemory=18m
空闲堆空间: free mem=4m// gc释放了空间
使用的堆空间：total mem=10m

-Xmx和-Xms应该保持一个什么关系，可以让系统的性能尽可能的好呢？
可以直接将初始堆-Xms和最大堆-Xmx设置相等。这样的好处是可以减少程序运行时进行的垃圾回收次数，从而提高系统的性能，但是内存的使用空间提升了，会浪费内存。

二.新生代的配置：

1. 参数-Xmn: 可以设置新生代的绝对大小。设置一个较大的新生代会减少老年的的大小，，这个参数对系统性能以及GC行为有很多的影响。新生代的大小一般设置为这个堆的1/3或1/4左右
2. -XX:NewRatio: 新生代（eden+2*s）和老年代（不包含永久区）的比值。如-XX:NewRatio: 4 表示 新生代:老年代=1:4，即年轻代占堆的1/5
3. -XX:SurvivorRatio=eden/from=eden/to :设置两个Survivor(from/to)区和eden的比
8表示 两个Eden:Survivor=2:8，即一个Survivor占年轻代的1/10
有两个Survivor区，一个是from区，另一个是to区。

下面一个例子说明：

public class NewSizeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b=null;
        for(int i=0;i<10;i++){
//            b=new byte[1*1024*1024];
            try {
            }catch (Exception ex){
            }
        }
    }
}

0.-Xmx20m -Xms20m -Xmn1m -XX:+PrintGCDetails:
如下没有实例化对象时，仍然有GC，说明回收的不是程序代码实例化的对象。

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 503K->432K(1024K)] 503K->432K(19968K), 0.0008239 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 944K->496K(1024K)] 944K->496K(19968K), 0.0009576 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 1024K, used 819K [0x00000007bfe80000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 512K, 63% used [0x00000007bfe80000,0x00000007bfed0fb8,0x00000007bff00000)
from space 512K, 96% used [0x00000007bff80000,0x00000007bfffc010,0x00000007c0000000)
to space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
ParOldGen total 18944K, used 0K [0x00000007bec00000, 0x00000007bfe80000, 0x00000007bfe80000)
object space 18944K, 0% used [0x00000007bec00000,0x00000007bec00000,0x00000007bfe80000)
Metaspace used 2932K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 322K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

用不同的堆参数执行这段程序，虚拟机的行为表现受到堆空间分配的影响，

public class NewSizeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b=null;
        for(int i=0;i<10;i++){
            b=new byte[1*1024*1024];
            try {
//                Thread.sleep(1000);
            }catch (Exception ex){

            }
        }
    }
}

1. -Xmx20m -Xms20m -Xmn1m -XX:+PrintGCDetails:

• 没有因实例化对象引起的GC发生。
• 全部分配在老年代。(注意加重的文字，表明10240K全部分配在老年代)。eden区无法容纳任何一个1MB数组，这个偏小的新生代无法为1MB数组预留空间，故所有的数组都分配在老年代
  如下GC日志：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 503K->384K(1024K)] 503K->384K(19968K), 0.0010692 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 896K->496K(1024K)] 896K->496K(19968K), 0.0007767 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 1024K, used 945K [0x00000007bfe80000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 512K, 87% used [0x00000007bfe80000,0x00000007bfef04c8,0x00000007bff00000)
from space 512K, 96% used [0x00000007bff80000,0x00000007bfffc010,0x00000007c0000000)
to space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
ParOldGen total 18944K, used 10240K [0x00000007bec00000, 0x00000007bfe80000, 0x00000007bfe80000)
object space 18944K, 54% used [0x00000007bec00000,0x00000007bf6000a0,0x00000007bfe80000)
Metaspace used 3083K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 339K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

2. -Xmx20m -Xms20m -Xmn15m -XX:+PrintGCDetails:

• 没有因实例化对象引起的GC发生。
• 全部分配年轻代的eden区。(注意加重的文字，表明10240K全部分配在eden区)。
• 没有分配在老年区。
  解释：
  Heap
  PSYoungGen total 13824K, used 11972K [0x00000007bf100000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 12288K, 97% used [0x00000007bf100000,0x00000007bfcb1198,0x00000007bfd00000)
  from space 1536K, 0% used [0x00000007bfe80000,0x00000007bfe80000,0x00000007c0000000)
  to space 1536K, 0% used [0x00000007bfd00000,0x00000007bfd00000,0x00000007bfe80000)
  ParOldGen total 5120K, used 0K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf100000, 0x00000007bf100000)
  object space 5120K, 0% used [0x00000007bec00000,0x00000007bec00000,0x00000007bf100000)
  Metaspace used 3075K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space used 338K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

3. -Xmx20m -Xms20m -Xmn7m -XX:+PrintGCDetails:

• 因实例化对象引起的年轻代的GC发生两次。
• 年轻代使用1606K，其中eden区使用1105。from区使用476左右。
• 年老代使用2072K。
  因为from（512K分配不了一个1MB的数组）和to的空间太小，已经无法正常回收了，所以一部分对象会分配在老年代里。
  [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5604K->496K(6656K)] 5604K->1564K(19968K), 0.0011327 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
  [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5797K->480K(6656K)] 6865K->2588K(19968K), 0.0009761 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
  Heap
  PSYoungGen total 6656K, used 1606K [0x00000007bf900000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 6144K, 18% used [0x00000007bf900000,0x00000007bfa19b30,0x00000007bff00000)
  from space 512K, 93% used [0x00000007bff80000,0x00000007bfff8020,0x00000007c0000000)
  to space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
  ParOldGen total 13312K, used 2108K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf900000, 0x00000007bf900000)
  object space 13312K, 15% used [0x00000007bec00000,0x00000007bee0f030,0x00000007bf900000)
  Metaspace used 2981K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space used 330K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

4. -Xmx20m -Xms20m -Xmn7m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails:

• -XX:SurvivorRatio的默认值为8
• 3次gc
• 增加了from,to区
• 由于增大了form/to区，这样对象会在年轻代回收，不会到老年代
• 老年代没有分配，40k的使用是系统级别的占用。

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 3441K->1520K(5632K)] 3441K->1552K(18944K), 0.0012058 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4712K->1504K(5632K)] 4744K->1544K(18944K), 0.0010894 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4673K->1424K(5632K)] 4713K->1464K(18944K), 0.0006599 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 5632K, used 3614K [0x00000007bf900000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 4096K, 53% used [0x00000007bf900000,0x00000007bfb23b10,0x00000007bfd00000)
from space 1536K, 92% used [0x00000007bfd00000,0x00000007bfe64020,0x00000007bfe80000)
to space 1536K, 0% used [0x00000007bfe80000,0x00000007bfe80000,0x00000007c0000000)
ParOldGen total 13312K, used 40K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf900000, 0x00000007bf900000)
object space 13312K, 0% used [0x00000007bec00000,0x00000007bec0a000,0x00000007bf900000)
Metaspace used 2959K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 330K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

5. -Xmx20m -Xms20m -XX:NewRatio=1 -XX:SurvivorRatio=1 -XX:+PrintGCDetails:
*NewRatio=老年代/新生代

• 3次gc。
• 进一步扩大from/to区
• 都在新生代，老年代没有对象分配

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4500K->1600K(7680K)] 4500K->1608K(17920K), 0.0014530 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5847K->1552K(7680K)] 5855K->1560K(17920K), 0.0011139 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
Heap
PSYoungGen total 7680K, used 4903K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 5120K, 65% used [0x00000007bf600000,0x00000007bf945d60,0x00000007bfb00000)
from space 2560K, 60% used [0x00000007bfd80000,0x00000007bff04020,0x00000007c0000000)
to space 2560K, 0% used [0x00000007bfb00000,0x00000007bfb00000,0x00000007bfd80000)
ParOldGen total 10240K, used 8K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
object space 10240K, 0% used [0x00000007bec00000,0x00000007bec02000,0x00000007bf600000)
Metaspace used 3008K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 331K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

总的来说，gc频繁对系统是不好的。
为了减少gc，我们调小from/to区的空间，如下：
6. -Xmx20m -Xms20m -XX:NewRatio=1 -XX:SurvivorRatio=3 -XX:+PrintGCDetails:

• 2次gc。
• 都在新生代，老年代没有对象分配

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5604K->1616K(8192K)] 5604K->1624K(18432K), 0.0012332 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 6919K->1568K(8192K)] 6927K->1576K(18432K), 0.0022475 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 8192K, used 2817K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 6144K, 20% used [0x00000007bf600000,0x00000007bf7386f0,0x00000007bfc00000)
from space 2048K, 76% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bff88010,0x00000007c0000000)
to space 2048K, 0% used [0x00000007bfc00000,0x00000007bfc00000,0x00000007bfe00000)
ParOldGen total 10240K, used 8K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
object space 10240K, 0% used [0x00000007bec00000,0x00000007bec02000,0x00000007bf600000)
Metaspace used 2964K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 330K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

image.png

三.堆溢出处理:

在java程序运行过程中，如果堆空间不足，则有可能抛出内存溢出的错误（Out Of Memory）,简称OOM。一旦发生这类问题，系统会被迫退出。如果发生在生产环境，可能引起业务的中断。为了在发生错误时，获得尽可能多的现场信息，java虚拟机提供了参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,使用该参数，可以在内存溢出时导出整个堆信息。和它配合使用-XX:+HeapDumpPath,可以指定导出堆的存放路径。
用这个参数执行程序代码：
-Xmx20m -Xms5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/a.dump

public class DumpOOM {
    public static void main(String[] args) {
        List list=new ArrayList();
        for(int i=0;i<25;i++){
            list.add(new byte[1*1024*1024]);
        }
    }
}

输出结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at jvmbasicstructure.DumpOOM.main(DumpOOM.java:19)

四.堆的分配参数 – 总结:

• 根据实际事情调整新生代和from/to 区的大小
• 官方推荐新生代占堆的3/8
• from区占新生代的1/10
• 在OOM时，记得Dump出堆，确保可以排查现场问题。
• eden/(s0 or s1)默认是8。