cnn空间信息空间信息是什么意思

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mob64ca13f8eecb 2024-08-02 15:00:12

文章标签 cnn空间信息 JVM 虚拟机堆运行时数据区 文章分类 机器学习人工智能

一、堆的概述

二、堆内存划分

三、设置堆内存大小与OOM

四、年轻代与老年代

五、图解对象分配过程

六、总结

一、堆的概述

堆是JVM运行时数据区最重要的一部分，是JVM管理的最大的一块内存空间，同时也是垃圾回收的重要区域。堆针对一个JVM进程来说是唯一的，也就是一个进程只有一个JVM，一个进程包含多个线程，所以同一个进程中的多个线程是共享一个堆空间的。

Java堆区在JVM启动的时候即被创建，其空间大小也就确定了，并且堆内存的大小是可以动态调节的【通过-Xms和-Xmx参数进行调整】。

《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(理论上是全部对象，但是JVM优化，可能存在栈上分配)。如下图：

cnn空间信息空间信息是什么意思_运行时数据区

二、堆内存划分

Java 7及之前堆内存逻辑上分为三部分：新生代 + 老年代 + 永久区

Young Generation Space：新生区 Young/New，又被划分为Eden区和Survivor区；
Tenure generation space ：老年代 Old/Tenure；
Permanent Space：永久区；

cnn空间信息空间信息是什么意思_堆_02

Java 8及之后堆内存逻辑上分为三部分：新生代 + 老年代 + 元空间

Young Generation Space：新生区 Young/New，又被划分为Eden区和Survivor区；
Tenure generation space ：老年代 Old/Tenure；
Meta Space ：元空间，使用本地内存；

堆空间内部结构，JDK1.8以后使用元空间替换永久代，如下图：

cnn空间信息空间信息是什么意思_运行时数据区_03

三、设置堆内存大小与OOM

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，我们可以通过JVM参数"-Xmx"和"-Xms"来进行调整堆空间大小。

-Xms：设置堆区的初始内存，等价于-xx:InitialHeapSize；
-Xmx：设置堆区的最大内存，等价于-XX:MaxHeapSize；

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内存溢出异常。

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配计算堆区的大小，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；

public class HeapSpaceTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 返回Java虚拟机中的堆内存总量
        long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
        // 返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
        System.out.println("-Xms:" + initialMemory + "M");
        System.out.println("-Xmx:" + maxMemory + "M");
        
        //模拟休眠，方便查看内存分配情况
        Thread.sleep(200000);
    }
}

运行结果如下：

-Xms:236M
-Xmx:3499M

然后我们设置一下堆空间大小，使用-Xms和-Xmx设置，设置初始堆和最大堆大小都是600m：

cnn空间信息空间信息是什么意思_JVM_04

控制台输出：

-Xms:575M
-Xmx:575M

可以看到，我们指定的堆大小明明是600m，为什么输出来的只有575m？分析如下。

下面我们介绍一下如何查看堆内存的内存分配情况，有两种方式：

第一种方式：jps -> jstat -gc 进程id；

cnn空间信息空间信息是什么意思_cnn空间信息_05

jps：查看Java进程信息；
jstat：查看JVM在GC时的统计信息；

下面是几个重要字段代表的意思：

S0C：survivor幸存者0区的总大小；
S1C：survivor幸存者1区的总大小；
S0U：survivor幸存者0区的已使用大小；
S1U：survivor幸存者1区的已使用大小；
EC：Eden区域总大小；
EU：Eden区域已使用大小；
OC：老年代总大小；
OU：老年代已使用大小；

那么堆空间 = 老年代大小 + 新生代大小 = OC + (EC + S0C + S1C) = 409600 + (153600 + 25600 + 25600) = 614400M，然后614400 / 1024 = 600M，刚好是我们设置的JVM参数中堆大小【600M】。

那为什么前面的程序运行结果输出只有575M呢，原因是新生代中的survivor幸存者0区、survivor幸存者1区永远都是其中一个为空，一个不为空【也叫from、to区域，to区域永远都是空的】。所以前面的程序就是：

堆空间 = OC + (EC + S0C【或者S1C，只加一个】) = 409600 + (153600 + 25600) = 588800M，然后588800 / 1024 =575M，刚好跟运行结果对应上。

第二种方式：加上JVM启动参数打印程序GC日志 => -XX:+PrintGCDetails；

cnn空间信息空间信息是什么意思_虚拟机_06

观察程序输出：

cnn空间信息空间信息是什么意思_运行时数据区_07

同样，小伙伴们可自行计算一下，跟前面我们JPS方式计算出来结果是一样的。下面看一个OutOfMemory内存溢出的例子：

public class OOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(999999999);
        }
    }
}

可以看到，我们通过死循环，不断地往集合中存入数据，然后设置启动参数-Xms10m -Xmx10m，然后运行程序，结果如下：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
	at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:267)
	at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:241)
	at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:233)
	at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:464)
	at com.wsh.rocketmq.rocketmqdemo.OOMTest.main(OOMTest.java:10)

运行后，就出现OOM了，可见，当堆空间大小超过我们设置的-Xmx指定的最大堆空间大小【这里是10m】时，表示堆已经无法分配空间给对象了，于是就报OOM内存溢出了。

四、年轻代与老年代

存储在JVM中的Java对象可以被划分为两类：

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；
生命周期非常长的对象，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）。

cnn空间信息空间信息是什么意思_JVM_08

其中年轻代又分为Eden、S0、S1三块，Eden：From：to大小比例默认是8:1:1，新生代：老年代比例为1 : 2。

cnn空间信息空间信息是什么意思_虚拟机_09

Eden：8 / 10 From：1 / 10 To：1 / 10

Young：Old = 1 ：2

我们可以通过-XX:NewRatio参数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，即新生代占整个堆的1/3。当发现在整个项目中，生命周期长的对象偏多，那么就可以通过调整老年代的大小，来进行调优【适当增大老年代空间大小】。

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，可以通过参数-XX:SurvivorRatio调整这个空间比例。比如-XX:SurvivorRatio=9。

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）

五、图解对象分配过程

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。

new的对象先放Eden区，此区有大小限制；
当Eden区的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对Eden区进行垃圾回收（MinorGC），将Eden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Eden区；
然后将Eden区的剩余对象移动到幸存者0区(S0)；
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(S0)的，如果没有回收，就会放到幸存者1区(S1)；
如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回幸存者0区(S0)，接着再去幸存者1区(S1)；
啥时候能去老年代呢？默认是经历15次，可以通过参数调整对象分代年龄【-XX:MaxTenuringThreshold= N进行设置】；
当老年代内存不足时，再次触发Major GC，进行老年代的内存清理；
若老年代执行了Major GC之后，发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常；

我们创建的对象，一般都是存放在Eden区的，当我们Eden区满了后，就会触发GC操作，一般被称为 YGC / Minor GC操作。

cnn空间信息空间信息是什么意思_JVM_10