8. JVM-堆
目录
1. 准备环境（下载各版本JDK）
2. 堆的核心概述
2.1. 堆内存细分
2.2. 堆空间内部结构（JDK7）
2.3. 堆空间内部结构（JDK8）
3. 设置堆内存大小与OOM
3.1. 堆空间大小的设置
3.2. -Xms、-Xmx与物理电脑内存的关系：
3.3. 手动设置初始堆内存和最大堆内存：
3.4. 查看设置的参数：
3.5. OutOfMemory举例
4. 年轻代与老年代
4.1. 新生代和老年代的比例
4.2. Eden和Survivor的比例
4.3. UseAdaptiveSizePolicy
4.4. -Xmn
5. 图解对象分配过程
5.1. 概述
5.2. 图解
5.3. 对象分配的情况
5.4. 常用的调优工具
6. Minor GC、Major GC、Full GC
6.1. 年轻代GC(Minor GC)触发机制
6.2. 老年代(Major GC/Full GC)触发机制
6.3. Full GC触发机制
6.4. 例子：
7. 堆空间分代思想
8. 内存分配策略
9. 为对象分配内存：TLAB
9.1. 为什么有TLAB？
9.2. 什么是TLAB
9.3. 对象分配过程：TLAB
10. 小结：堆空间的参数设置
10.1. 总结
11. 堆是分配对象的唯一选择吗
11.1. 逃逸分析
11.2. 参数设置
11.3. 结论
11.4. 逃逸分析：代码优化
11.4.1. 栈上分配
11.4.2. 同步省略
11.4.3. 分离对象或标量替换
11.5. 逃逸分析并不成熟
11.6. 结论
12. 本章小结
1. 准备环境（下载各版本JDK）
下载各个版本JDK：**
各历史版本下载：Java Archive | Oracle
并且都安装上，注意jdk11开始没有jre，但可以手动指定参数来生成
配置多个jre
1
2
3
4
5
6
7
就可以看到jre了。其他版本同理
2. 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中，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的缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）（堆内的TLAB内存不是共享的，是线程私有的，并发性更好）。
例子：
package _02;
/**
* -Xms10m -Xmx10m
*/
public class _26_HeapDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("start...");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("end...");
}
}
配置jvm参数
运行
运行之后快速jvisualvm.exe（这是jdk自带的）
运行界面
安装插件
双击我们程序的进程
查看堆内存大小
把26_HeapDemo.java复制一份改为26_HeapDemo2.java
然后运行，然后查看一下，验证一个进程对应一个jvm
《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：所有的对象实例以及数组都应当在运行时分配在堆上。（The heap is the run-time data area from which memory for all class instances and arrays is allocated）
- 我要说的是：“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。-- 从实际使用角度看的。
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。
- 不是立即GC，如果立即GC会影响用户体验，因为经常在GC，会有卡顿（Stop The World）
堆，是GC（Garbage Collection，垃圾收集器）执行垃圾回收的重点区域。
2.1. 堆内存细分
Java 7及之前堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+永久区
-
Young Generation Space 新生区 Young/New
又被划分为Eden区和Survivor区
-
Tenure Generation Space 养老区 Old/Tenure
-
Permanent Space 永久区 Perm
Java 8及之后堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+元空间（元空间替代了永久区）
-
Young Generation Space 新生区 Young/New
又被划分为Eden区和Survivor区
-
Tenure Generation Space 养老区 Old/Tenure
-
Meta Space 元空间 Meta
约定：新生区 <=> 新生代 <=> 年轻代 、 养老区 <=> 老年区 <=>老年代、 永久区 <=>永久代
2.2. 堆空间内部结构（JDK7）
堆分年轻代、老年代、永久代三部分，但是实际管辖的只有年轻代、老年代。
例子：
前面的例子
2.3. 堆空间内部结构（JDK8）
例子：
java8运行代码
看看打印的堆内存信息
改成Java7版本（改了之后，java8的lambda表达式相关的类会报错，注释就好了）
运行，打印gc信息
3. 设置堆内存大小与OOM
3.1. 堆空间大小的设置
Java堆区用于存储Java对象实例，那么堆的大小在JVM启动时就已经设定好了，大家可以通过选项"-Xmx"和"-Xms"来进行设置堆空间大小。
-
"-Xms"用于表示堆区（年轻代+老年代）的起始内存，等价于-XX:InitialHeapSize
-X 是jvm的运行参数，ms 是memory start
-
"-Xmx"则用于表示堆区（年轻代+老年代）的最大内存，等价于-XX:MaxHeapSize
-X 是jvm的运行参数，mx 是memory max
一旦堆区中的内存大小超过“-Xmx"所指定的最大内存时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
通常会将-Xms和-Xmx两个参数配置相同的值，其目的是为了能够在Java垃圾回收机制清理完堆区后不需要重新分隔计算堆区的大小，从而提高性能。
默认情况下
- 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
例子：
3.2. -Xms、-Xmx与物理电脑内存的关系：
package _02;
public class _28_HeapSpaceInitial {
public static void main(String[] args) {
//返回Java虚拟机中的堆内存占用的总量（勉强算是-Xms所指定的内存）
long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
//返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");
System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");
System.out.println("系统内存大小为：" + initialMemory * 64.0 / 1024 + "G");
System.out.println("系统内存大小为：" + maxMemory * 4.0 / 1024 + "G");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果
-Xms : 491M
-Xmx : 7271M
系统内存大小为：30.6875G // 从-Xms * 64得到的，本机总内存大小是32G
系统内存大小为：28.40234375G // 从-Xmx * 4得到的，本机总内存大小是32G3.3. 手动设置初始堆内存和最大堆内存：
-Xms600m -Xmx600m
（建议将初始堆内存和最大的堆内存设置成相同的值，否则在内存不够的时候就扩容，内存太多就缩减，就会不断的GC，影响性能）
注释掉这两行
System.out.println("系统内存大小为：" + initialMemory * 64.0 / 1024 + "G");
System.out.println("系统内存大小为：" + maxMemory * 4.0 / 1024 + "G");
运行结果（为什么不是600M呢？接下来解释）
-Xms : 575M
-Xmx : 575M
3.4. 查看设置的参数：
同样是前面的例子，只是把睡眠的时间增大一点
package _02;
public class _28_HeapSpaceInitial {
public static void main(String[] args) {
//返回Java虚拟机中的堆内存占用的总量（勉强算是-Xms所指定的内存）
long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
//返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");
System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");
// System.out.println("系统内存大小为：" + initialMemory * 64.0 / 1024 + "G");
// System.out.println("系统内存大小为：" + maxMemory * 4.0 / 1024 + "G");
try {
Thread.sleep(100000000); // 增大一点，让进程不结束，方便查看进程的情况
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
方式1：jps、jstat -gc 进程id
用windows的命令行输入jps，发现找不到 _28_HeapSpaceInitial 相关的进程
找到下图的目录
赋予权限
进入目录看看，存放着进程pid
重新运行Java程序，再jps一下，就可以看到当前类运行时所在的进程
继续执行：jstat -gc pid，解释一下为什么 -Xms和-Xmx只有575M而不够600M的原因。
方式2：-XX:+PrintGCDetails
把睡眠时间注释掉，因为程序执行完毕才会打印GC信息
运行结果，对比
3.5. OutOfMemory举例
工作1-2年就说一些异常，2-3年就说一些高级的错误，都是异常，面试、开发说的异常是广义的异常，错误也算。
package _02;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
/**
* -Xms600m -Xmx600m
*/
public class _29_OOMTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList list = new ArrayList<>();
while(true){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024 * 1024)));
}
}
}
class Picture{
private byte[] pixels;
public Picture(int length) {
this.pixels = new byte[length];
}
} 指定堆内存：-Xms600m -Xmx600m
运行程序后，迅速查看，可以看到新生代、老年代不断在增加
新生代满了转移到老年代（Survivor0、1根本存不下全部Eden区的对象，因为GC也没有可以回收的对象）
老年代撑爆了
老年代跟新生代都撑爆了
就看到程序报OOM了
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at _02.Picture.(_29_OOMTest.java:28)
at _02._29_OOMTest.main(_29_OOMTest.java:19) 重新运行一次，快速查看，这种方式可以查看是什么原因造成的OOM
4. 年轻代与老年代
4.1. 新生代和老年代的比例
存储在JVM中的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（有时也叫做from区、to区）
下面这参数开发中一般不会调：
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
例子：（前面的例子）
或者直接查看参数默认值
4.2. Eden和Survivor的比例
在HotSpot中，Eden空间和另外两个Survivor空间缺省所占的比例是8:1:1
当然开发人员可以通过选项"-XX:SurvivorRatio"调整这个空间比例。比如-XX:SurvivorRatio=8
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了。（有些大的对象在Eden区无法存储时候，将直接进入老年代）
- IBM公司的专门研究表明，新生代中80%的对象都是“朝生夕死”的。
可以使用选项"-Xmn"设置新生代最大内存大小
- 这个参数一般使用默认值就可以了。
例子：
package _02;
/**
* -Xms600m -Xmx600m
*/
public class _30_EdenSurvivorTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("我只是来打个酱油~");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
设置堆内存
运行程序，查看监控。看到的是6:1:1，而不是8:1:1，使用“ jstat -gc 进程id”查看的结果是一样的
4.3. UseAdaptiveSizePolicy
UseAdaptiveSizePolicy：自适应的内存分配策略
默认是开启自适应的内存分配策略的，所以6:1:1，而不是8:1:1
尝试关闭自适应的内存分配策略（设置JVM参数后要点击apply一下，再点击ok，否则参数设置无效）
可以看到关闭了
但是实际并没有生效（不管，让它自适应就好了）
4.4. -Xmn
-Xmn:设置新生代的空间的大小。 （这个参数不常用，一般设置比例，如果比例和这个参数值冲突了，就以这个为准，因为这个是确定值）
5. 图解对象分配过程
5.1. 概述
为新对象分配内存是一件非常严谨和复杂的任务，JVM的设计者们不仅需要考虑内存如何分配、在哪里分配等问题，并且由于内存分配算法与内存回收算法密切相关，所以还需要考虑GC执行完内存回收后是否会在内存空间中产生内存碎片。
-
1、new的对象先放伊甸园区。此区有大小限制。
-
2、当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区
-
3、然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存者0区。
-
4、如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者0区的，如果没有回收，就会放到幸存者1区。
-
5、如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回幸存者0区，接着再去幸存者1区。
-
6、啥时候能去养老区呢？可以设置次数。默认是15次。
可以设置参数：-XX:MaxTenuringThreshold=进行设置。
5.2. 图解
Eden区满了就会触发第一次年轻代GC（即YGC或Minor GC），有STW（Stop The World）的过程。红色的垃圾将会被回收
第二次触发YGC，每次复制到S0或S1，age就会+1
直到age>15就晋升到老年代
注意：
触发YGC是Eden区满了，S0或S1满了不会触发YGC，而YGC会同时回收Eden区、S0、S1的垃圾。如果S0或S1满了就属于特殊情况，直接晋升放老年代。（类似于跨级升迁）
总结：
针对幸存者S0、S1区的总结：复制之后有交换，谁空谁是to。
关于垃圾回收：频繁在新生区，很少在养老区收集，几乎不动永久区或元空间。
5.3. 对象分配的情况
例子：不断的创建对象
package _02;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
/**
* 要设置JVM参数：-Xms600m -Xmx600m
*/
public class _31_HeapInstanceTest {
byte[] buffer = new byte[new Random().nextInt(1024 * 200)];
public static void main(String[] args) {
ArrayList<_31_HeapInstanceTest> list = new ArrayList<>();
while (true) {
list.add(new _31_HeapInstanceTest());
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}设置参数，运行，监控，可以看到Eden区满了就触发GC，S0和S1轮流使用，由于Eden区GC后没有可回收的，就全部转移到老年代。
最终撑爆了
报OOM
5.4. 常用的调优工具
- JDK命令行
- Eclipse：Memory Analyzer Tool
- Jconsole
- Visual VM（实时监控，JDK自带的）
- Jprofiler（收费的）
- Java Flight Recorder（实时监控）
- GCViewer
- GC Easy
例子：Jprofiler的使用
点击，可能需要执行JProfiler的安装目录
可以看到
可以选择内存，默认是查看整个堆内存，还可以选择具体堆的哪一块内存
6. Minor GC、Major GC、Full GC
JVM在进行GC时，并非每次都对新生代、老年代、方法区这三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是指新生代。
针对Hotspot VM的实现，它里面的GC按照回收区域又分为两大种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（Full GC）.
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）：只是老年代的圾收集。
- 目前，只有CMS GC（并发垃圾回收器）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，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收。（由于JVM发展的历史原因，有些人认为这俩是同一个GC）
-
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（FullGC）：收集整个java堆和方法区的垃圾收集。
Major GC、Full GC的暂停时间（STW时间，STW会干预停止用户线程）比Minor GC多10倍以上，所以重点调优Major GC、Full GC。
调优就是尽可能减少GC次数。
6.1. 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区满，Survivor满不会引发GC。（每次Minor GC会清理年轻代的内存。）
因为 Java对象大多都具备朝生夕灭 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，暂停其它用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。（如果没有STW，一边产生垃圾一边回收，就会分不清哪些是垃圾哪些不是，所以用户线程要暂停）
6.2. 老年代(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收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）
- 也就是在老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间还不足，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。（空间大，所以时间长，如果调优就是减少GC）
如果Major GC后，内存还不足，就报OOM了。
6.3. Full GC触发机制
（后面细讲）
触发Full GC执行的情况有如下五种：
- 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，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小。
说明：Full GC 是开发或调优中尽量要避免的。这样暂时时间会短一些。
6.4. 例子：
package _02;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* -Xms9m -Xmx9m -XX:+PrintGCDetails
*/
public class _32_GCTest {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
try {
List list = new ArrayList<>();
// 字符串常量池以前存放在方法区，JDK8后存放在堆空间
String a = "atguigu.com";
while (true) {
list.add(a);
a = a + a;
i++;
}
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
System.out.println("遍历次数为：" + i);
}
}
} 运行，结果
7. 堆空间分代思想
为什么要把Java堆分代？不分代就不能正常工作了吗？
经研究，不同对象的生命周期不同。70%-99%的对象是临时对象。
- 新生代：有Eden、两块大小相同的Survivor（又称为from/to，s0/s1）构成，to总为空。
- 老年代：存放新生代中经历多次GC仍然存活的对象。
其实不分代完全可以，分代的唯一理由就是优化GC性能。如果没有分代，那所有的对象都在一块，就如同把一个学校的人都关在一个教室。GC的时候要找到哪些对象没用，这样就会对堆的所有区域进行扫描。而很多对象都是朝生夕死的，如果分代的话，把新创建的对象放到某一地方，当GC的时候先把这块存储“朝生夕死”对象的区域进行回收，这样就会腾出很大的空间出来。
8. 内存分配策略
内存分配策略又叫对象提升(Promotion)规则，就是对象一般的分配情况。
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，当它的年龄增加到一定程度（默认为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阀值，可以通过选项-XX:MaxTenuringThreshold来设置。
针对不同年龄段的对象分配原则如下所示：
-
优先分配到Eden
-
大对象直接分配到老年代（比较长的字符串或数组都是大对象）
- 尽量避免程序中出现过多的大对象（更痛苦的是更多的大对象居然是朝生夕死的，会导致STW频繁且持久）
-
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（阈值） 中要求的年龄。
空间分配担保：
- -XX:HandlePromotionFailure
例子：
package _02;
/**
* -Xms60m -Xmx60m -XX:NewRatio=2 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails
*/
public class _33_YoungOldAreaTest {
public static void main(String[] args) {
byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 20];//20m
}
}
配置参数，运行
9. 为对象分配内存：TLAB
9.1. 为什么有TLAB？
TLAB：Thread Local Allocation Buffer。即为每个线程单独分配了一个缓冲区。
堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据
由于对象实例的创建在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。
9.2. 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，它包含在Eden空间内。
多线程同时分配内存时，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称之为快速分配策略。
据我所知所有OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计。
TLAB的再说明：
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”设置是否开启TLAB空间。
默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅占有整个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就会尝试着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。
例子：
package _02;
/**
* 测试-XX:UseTLAB参数是否开启的情况:默认情况是开启的
*/
public class _34_TLABArgsTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("我只是来打个酱油~");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}运行，命令行执行。+表示是开启的，默认也是开启的
9.3. 对象分配过程：TLAB
10. 小结：堆空间的参数设置
官网说明：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html
-
-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）
具体查看某个参数的命令行指令：
- jps：查看当前运行中的进程
- jinfo -flag SurvivorRatio 进程id
-
-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/S1空间的比例（如果Eden区太大，导致Survivor过小，就会导致Minor GC失去意义，每次回收都往老年代放了；如果Eden区过小，会导致Minor GC频率高，而且可能导致很多小对象直接进入老年代。）
-
-XX:MaxTenuringThreshold：设置新生代垃圾的最大年龄（年龄最大是15，是因为GC年龄存储在对象头中用4bit存储，最大就是15）
-
-XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
- 打印gc简要信息：① -XX:+PrintGC（是-XX:+PrintGCDetails的简化版） ② -verbose:gc
-
-XX:HandlePromotionFalilure：是否设置空间分配担保
例子1：
package _02;
/**
* 测试堆空间常用的jvm参数：
* -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）
* 具体查看某个参数的指令： jps：查看当前运行中的进程
* jinfo -flag SurvivorRatio 进程id
*
* -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/S1空间的比例
* -XX:MaxTenuringThreshold：设置新生代垃圾的最大年龄
* -XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
* 打印gc简要信息：① -XX:+PrintGC ② -verbose:gc
* -XX:HandlePromotionFailure：是否设置空间分配担保
*/
public class _35_HeapArgsTest {
public static void main(String[] args) {
}
}运行程序
改参数：-XX:+PrintFlagsFinal -XX:SurvivorRatio=5
运行
例子2：
package _02;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class _36_GCTest {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
try {
List list = new ArrayList<>();
String a = "atguigu.com";
while (true) {
list.add(a);
a = a + a;
i++;
}
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
System.out.println("遍历次数为：" + i);
}
}
} 设置参数：-Xms100m -Xmx100m -XX:+PrintGCDetails
运行，可以看到打印的结果很详细
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 24928K->4082K(29696K)] 24928K->12186K(98304K), 0.0040315 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 27106K->4012K(29696K)] 35210K->29012K(98304K), 0.0062288 secs] [Times: user=0.19 sys=0.02, real=0.01 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 27553K->4002K(29696K)] 75081K->62794K(98304K), 0.0043645 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 4002K->0K(29696K)] [ParOldGen: 58792K->45679K(68608K)] 62794K->45679K(98304K), [Metaspace: 3216K->3216K(1056768K)], 0.0065141 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 23033K->0K(29696K)] [ParOldGen: 68207K->68207K(68608K)] 91241K->68207K(98304K), [Metaspace: 3216K->3216K(1056768K)], 0.0064870 secs] [Times: user=0.20 sys=0.00, real=0.01 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(29696K)] 68207K->68207K(98304K), 0.0003596 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(29696K)] [ParOldGen: 68207K->68189K(68608K)] 68207K->68189K(98304K), [Metaspace: 3216K->3216K(1056768K)], 0.0110961 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332)
at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(AbstractStringBuilder.java:124)
at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:448)
at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:136)
at _02._36_GCTest.main(_36_GCTest.java:14)
遍历次数为：20
Heap
PSYoungGen total 29696K, used 763K [0x00000000fdf00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 25600K, 2% used [0x00000000fdf00000,0x00000000fdfbefd8,0x00000000ff800000)
from space 4096K, 0% used [0x00000000ffc00000,0x00000000ffc00000,0x0000000100000000)
to space 4096K, 0% used [0x00000000ff800000,0x00000000ff800000,0x00000000ffc00000)
ParOldGen total 68608K, used 68189K [0x00000000f9c00000, 0x00000000fdf00000, 0x00000000fdf00000)
object space 68608K, 99% used [0x00000000f9c00000,0x00000000fde97778,0x00000000fdf00000)
Metaspace used 3248K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 353K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
修改参数：-Xms100m -Xmx100m -XX:+PrintGC
运行，看看简版的GC信息
[GC (Allocation Failure) 24928K->12122K(98304K), 0.0041887 secs] [GC (Allocation Failure) 35146K->29018K(98304K), 0.0061858 secs] [GC (Allocation Failure) 75087K->62794K(98304K), 0.0043255 secs] [Full GC (Ergonomics) 62794K->45679K(98304K), 0.0065535 secs] [Full GC (Ergonomics) 91241K->68207K(98304K), 0.0064759 secs] [GC (Allocation Failure) 68207K->68207K(98304K), 0.0003676 secs] [Full GC (Allocation Failure) 68207K->68189K(98304K), 0.0110306 secs] java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332) at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(AbstractStringBuilder.java:124) at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:448) at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:136) at _02._36_GCTest.main(_36_GCTest.java:14) 遍历次数为：20
10.1. 总结
在发生Minor GC之前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间。
-
如果大于，则此次Minor GC是安全的
-
如果小于，则虚拟机会查看-XX:HandlePromotionFailure设置值是否允担保失败。
-
如果HandlePromotionFailure=true，那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象的平均大小。
- 如果大于，则尝试进行一次Minor GC，但这次Minor GC依然是有风险的；
- 如果小于，则改为进行一次Full GC。
-
如果HandlePromotionFailure=false，则改为进行一次Full GC。
-
在JDK6 Update24之后（JDK7），HandlePromotionFailure参数不会再影响到虚拟机的空间分配担保策略，观察OpenJDK中的源码变化，虽然源码中还定义了HandlePromotionFailure参数，但是在代码中已经不会再使用它。JDK6 Update 24之后的规则变为只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小就会进行Minor GC，否则将进行Full GC。
11. 堆是分配对象的唯一选择吗
11.1. 逃逸分析
在《深入理解Java虚拟机》中关于Java堆内存有这样一段描述：
随着JIT编译期的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。
在Java虚拟机中，对象是在Java堆中分配内存的，这是一个普遍的常识。但是，有一种特殊情况，那就是如果经过逃逸分析（Escape Analysis）后发现，一个对象并没有逃逸出方法的话，那么就可能被优化成栈上分配。这样就无需在堆上分配内存，也无须进行垃圾回收了。这也是最常见的堆外存储技术。（第一宇宙速度的逃逸，这里就是逃逸出这个方法了就不进行栈上分配，否则就在栈上分配。）
此外，前面提到的基于OpenJDk深度定制的TaoBaoVM，其中创新的GCIH（GC invisible heap）技术实现off-heap，将生命周期较长的Java对象从heap中移至heap外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。
如何将堆上的对象分配到栈，需要使用逃逸分析手段。
这是一种可以有效减少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
例子：
package _02;
public class _37_EscapeAnalysis {
public _37_EscapeAnalysis obj;
/*
方法返回_37_EscapeAnalysis对象，发生逃逸，只能分配在堆中
*/
public _37_EscapeAnalysis getInstance(){
return obj == null? new _37_EscapeAnalysis() : obj;
}
/*
为成员属性赋值，发生逃逸
*/
public void setObj(){
this.obj = new _37_EscapeAnalysis();
}
//思考：如果当前的obj引用声明为static的？ -- 答：仍然会发生逃逸。
/*
对象的作用域仅在当前方法中有效，没有发生逃逸
*/
public void useEscapeAnalysis(){
// 这个e对象就可以分配到栈上，方法执行结束之后自动出栈，就不用GC了，就能提高性能
_37_EscapeAnalysis e = new _37_EscapeAnalysis();
}
/*
引用成员变量的值，发生逃逸
*/
public void useEscapeAnalysis1(){
// e没有逃逸，但是e是引用，而要关心的是new一个对象分配到哪里，即getInstance()操作，所以发生了逃逸
_37_EscapeAnalysis e = getInstance();
//getInstance().xxx()同样会发生逃逸
}
}
11.2. 参数设置
在JDK 1.7 版本之后，HotSpot中默认就已经开启了逃逸分析
如果使用的是较早的版本，开发人员则可以通过：
- 选项“-XX:+DoEscapeAnalysis”显式开启逃逸分析
- 通过选项“-XX:+PrintEscapeAnalysis”查看逃逸分析的筛选结果。
11.3. 结论
开发中能使用局部变量的，就不要使用在方法外定义。（尽量不要逃逸）
11.4. 逃逸分析：代码优化
使用逃逸分析，编译器可以对代码做如下优化：
- 1、栈上分配。将堆分配转化为栈分配。如果一个对象在子程序中被分配，要使指向该对象的指针永远不会发生逃逸，对象可能是栈上分配的候选，而不是堆上分配。
- 2、同步省略。如果一个对象被发现只有一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步。（因为在方法内的是线程安全的，不需要同步）
- 3、分离对象或标量替换。有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以被访问到，那么对象的部分（或全部）可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中。（在Java层面就是不会分配到堆中，而是分配到栈中，因为Java是基于栈的？？？）
11.4.1. 栈上分配
JIT编译器在编译期间根据逃逸分析的结果，发现如果一个对象并没有逃逸出方法的话，就可能被优化成栈上分配。分配完成后，继续在调用栈内执行，最后线程结束，栈空间被回收，局部变量对象也被回收。这样就无须进行垃圾回收了。
常见的栈上分配的场景
- 在逃逸分析中，已经说明了。分别是给成员变量赋值、方法返回值、实例引用传递。（这里搞错了，这都是逃逸的场景，不是栈上分配的）
例子：
package _02;
/**
* 栈上分配测试
* -Xmx1G -Xms1G -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails
*/
public class _038_StackAllocation {
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
alloc();
}
// 查看执行时间
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为： " + (end - start) + " ms");
// 为了方便查看堆内存中对象个数，线程sleep
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
}
private static void alloc() {
User user = new User();//未发生逃逸
}
static class User {
}
}设置参数（不开启逃逸分析）：-Xmx1G -Xms1G -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails
运行
花费的时间为： 63 ms
修改参数（开启逃逸分析）：-Xmx1G -Xms1G -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails
运行（可以对比一下花费的时间，代码的逻辑就是不断的在调用一个方法，这方法内部只创建一个对象）
花费的时间为： 3 ms
监控对比，实例数明显少了很多很多
继续修改参数（改小堆内存，由于内存不够，而又不断new对象，所以会发生GC）：-Xmx256m -Xms256m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails
运行，可以看到触发了GC
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 65536K->920K(76288K)] 65536K->928K(251392K), 0.0007029 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 66456K->888K(76288K)] 66464K->896K(251392K), 0.0006738 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
花费的时间为： 36 ms
修改参数（改小内存，开启逃逸分析）：-Xmx256m -Xms256m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails
运行，没有触发GC
花费的时间为： 3 ms
11.4.1.1. 栈上分配的优点：
1）执行的时间段
2）没有发生GC
3）在内存中的对象很少
11.4.2. 同步省略
线程同步的代价是相当高的，同步的后果是降低并发性和性能。
在动态编译同步块的时候，JIT编译器可以借助逃逸分析来判断同步块所使用的锁对象是否只能够被一个线程访问而没有被发布到其他线程。如果没有，那么JIT编译器在编译这个同步块的时候就会取消对这部分代码的同步。这样就能大大提高并发性和性能。这个取消同步的过程就叫同步省略，也叫锁消除。
例子：
public void f() {
Object hollis = new Object();
// 这加锁是多余的，JVM有逃逸分析会自动去掉这个加锁
synchronized(hollis) {
System.out.println(hollis);
}
}代码中对hollis这个对象加锁，但是hollis对象的生命周期只在f()方法中，并不会被其他线程所访问到，所以在JIT编译阶段就会被优化掉，优化成：
public void f() {
Object hollis = new Object();
System.out.println(hollis);
}看下字节码
11.4.3. 分离对象或标量替换
标量（Scalar）是指一个无法再分解成更小的数据的数据。Java中的原始数据类型就是标量。
相对的，那些还可以分解的数据叫做聚合量（Aggregate），Java中的对象就是聚合量，因为他可以分解成其他聚合量和标量。
在JIT阶段，如果经过逃逸分析，发现一个对象不会被外界访问的话，那么经过JIT优化，就会把这个对象拆解成若干个其中包含的若干个成员变量来代替。这个过程就是标量替换。
例子1：
public static void main(String args[]) {
alloc();
}
private static void alloc() {
Point point = new Point(1, 2);
// 进行逃逸分析的时候，发现point对象外部不用，这时候就可以考虑把聚合量拆成多个标量
System.out.println("point.x=" + point.x + "; point.y=" + point.y);
}
class Point { // 聚合量
private int x; // 标量
private int y; // 标量
}上面代码，经过标量替换后（主要是alloc()），就会变成：
private static void alloc() {
int x = 1;
int y = 2;
System.out.println("point.x=" + x + "; point.y=" + y);
}（之前在数据结构和算法的时候看到老师写就是标量替换前的代码，虽然方便后面使用，代码看起来也整齐点，但是性能没有考虑到）
可以看到，Point这个聚合量经过逃逸分析后，发现他并没有逃逸，就被替换成两个聚合量了。那么标量替换有什么好处呢？就是可以大大减少堆内存的占用。因为一旦不需要创建对象了，那么就不再需要分配堆内存了。
标量替换为栈上分配提供了很好的基础。
标量替换参数设置：
参数-XX:+EliminateAllocations 开启标量替换（默认是开启的），允许将对象打散分配在栈上。比如对象拥有id和name两个字段，那么这两个字段将会被视为两个独立的局部变量进行分配。
例子2：对比开启或不开启标量替换的结果
package _02;
/**
* 标量替换测试
* -Xmx100m -Xms100m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC -XX:-EliminateAllocations
*/
public class _40_ScalarReplace {
public static class User {
public int id;
public String name;
}
public static void alloc() {
User u = new User();//未发生逃逸
u.id = 5;
u.name = "www.atguigu.com";
}
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
alloc();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为： " + (end - start) + " ms");
}
}设置参数（先不开启标量替换）：-Xmx100m -Xms100m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC -XX:-EliminateAllocations
运行，可以看到有GC，时间是41ms
[GC (Allocation Failure) 25600K->880K(98304K), 0.0021974 secs]
[GC (Allocation Failure) 26480K->928K(98304K), 0.0006560 secs]
[GC (Allocation Failure) 26528K->816K(98304K), 0.0005530 secs]
[GC (Allocation Failure) 26416K->800K(98304K), 0.0005052 secs]
[GC (Allocation Failure) 26400K->800K(98304K), 0.0005239 secs]
[GC (Allocation Failure) 26400K->848K(101376K), 0.0005236 secs]
[GC (Allocation Failure) 32592K->692K(100864K), 0.0006406 secs]
[GC (Allocation Failure) 32436K->692K(100864K), 0.0002506 secs]
花费的时间为： 41 ms
设置参数（开启标量替换）：-Xmx100m -Xms100m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC -XX:+EliminateAllocations
运行，没有GC，且时间少10倍
花费的时间为： 4 ms
11.5. 逃逸分析并不成熟
关于逃逸分析的论文在1999年就已经发表了，但直到JDK1.6才有实现，而且这项技术到如今也并不是十分成熟的。
其根本原因就是无法保证逃逸分析的性能消耗一定能高于他的消耗。虽然经过逃逸分析可以做标量替换、栈上分配和锁消除。但是逃逸分析自身也是需要进行一系列复杂的分析的，这其实也是一个相对耗时的过程。 一个极端的例子，就是经过逃逸分析之后，发现没有一个对象是不逃逸的。那这个逃逸分析的过程就白白浪费掉了。
虽然这项技术并不十分成熟，但是它也是即时编译器优化技术中一个十分重要的手段。注意到有一些观点，认为通过逃逸分析，JVM会在栈上分配那些不会逃逸的对象，这在理论上是可行的，但是取决于JVM设计者的选择。据我所知，Oracle Hotspot JVM中并未这么做，这一点在逃逸分析相关的文档里已经说明，所以可以明确所有的对象实例都是创建在堆上。（但是我们前面看到了逃逸分析的效果，原因是因为前面是基于标量替换的。）
目前很多书籍还是基于JDK7以前的版本，JDK已经发生了很大变化，intern字符串的缓存和静态变量曾经都被分配在永久代上，而永久代已经被元数据区取代。但是，intern字符串缓存和静态变量并不是被转移到元数据区，而是直接在堆上分配，所以这一点同样符合前面一点的结论：对象实例都是分配在堆上。
11.6. 结论
否定之否定的观点，先否定说不是唯一选择，但最后又推翻了自己的结论，对象还是只分配到堆中。注意，标量替换是标量 存放到栈上，而不是对象存储到栈上。（这就是理论跟现实的差距。），前面开启逃逸分析创建一千万个User也不都是在栈内存上分配的，还是一部分存在堆中的
12. 本章小结
年轻代是对象的诞生、成长、消亡的区域，一个对象在这里产生、应用，最后被垃圾回收器收集、结束生命。
老年代放置长生命周期的对象，通常都是从survivor区域筛选拷贝过来的Java对象。当然，也有特殊情况，我们知道普通的对象会被分配在TLAB上（这也是堆内存）；如果对象较大，JVM会试图直接分配在Eden其他位置上；如果对象太大，完全无法在新生代找到足够长的连续空闲空间，JVM就会直接分配到老年代。
当GC只发生在年轻代中，回收年轻代对象的行为被称为MinorGC。当GC发生在老年代时则被称为MajorGC或者FullGC。一般的，MinorGC的发生频率要比MajorGC高很多，即老年代中垃圾回收发生的频率将大大低于年轻代。