JVM虚拟机20:内存区域详解(Eden Space、Survivor Space、Old Gen、Code Cache和Perm Gen)

1.内存区域划分

根据我们之前介绍的垃圾收集算法,限定商用虚拟机基本都采用分代收集算法进行垃圾回收。根据对象的生命周期的不同将内存划分为几块,然后根据各块的特点采用最适当的收集算法。大批对象死去、少量对象存活的,使用复制算法,复制成本低;对象存活率高、没有额外空间进行分配担保的,采用标记-清除算法或者标记-整理算法。

JVM虚拟机20:内存区域详解(Eden Space、Survivor Space、Old Gen、Code Cache和Perm Gen)

从上面的图可以看出, JVM区域总体分两类,heap区和非heap区。

1.heap区又分为:

  • - Eden Space(伊甸园)、
  • - Survivor Space(幸存者区)、
  • - Old Gen(老年代)。

2.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);

2.内存区域介绍

1.年轻代:

HotSpot JVM把年轻代分为了三部分:1个Eden区和2个Survivor区(分别叫from和to)。默认比例为8:1,为啥默认会是这个比例,接下来我们会聊到。一般情况下,新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后,如果仍然存活,将会被移到Survivor区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC,年龄就会增加1岁,当它的年龄增加到一定程度时,就会被移动到年老代中。

因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的(80%以上),所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法,复制算法的基本思想就是将内存分为两块,每次只用其中一块,当这一块内存用完,就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片。

在GC开始的时候,对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区,Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC,Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”,而在“From”区中,仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值,可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中,没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后,Eden区和From区已经被清空。这个时候,“From”和“To”会交换他们的角色,也就是新的“To”就是上次GC前的“From”,新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样,都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程,直到“To”区被填满,“To”区被填满之后,会将所有对象移动到年老代中。

JVM虚拟机20:内存区域详解(Eden Space、Survivor Space、Old Gen、Code Cache和Perm Gen)

有关年轻代的JVM参数

1)-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize

用于设置年轻代的大小,建议设为整个堆大小的1/3或者1/4,两个值设为一样大。

2)-XX:SurvivorRatio

用于设置Eden和其中一个Survivor的比值,这个值也比较重要。

3)-XX:+PrintTenuringDistribution

这个参数用于显示每次Minor GC时Survivor区中各个年龄段的对象的大小。

4).-XX:InitialTenuringThreshol和-XX:MaxTenuringThreshold

用于设置晋升到老年代的对象年龄的最小值和最大值,每个对象在坚持过一次Minor GC之后,年龄就加1。

2.old老年代

老年代,用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象,也有可能是新生代分配不了内存的大对象会直接进入老年代。经过多次垃圾回收都没有被回收的对象,这些对象的年代已经足够old了,就会放入到老年代。

当老年代被放满的之后,虚拟机会进行垃圾回收,称之为Major GC。由于Major GC除并发GC外均需对整个堆进行扫描和回收,因此又称为Full GC。

heap区即堆内存,整个堆大小=年轻代大小 + 老年代大小。堆内存默认为物理内存的1/64(<1GB);默认空余堆内存小于40%时,JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制,可以通过MinHeapFreeRatio参数进行调整;默认空余堆内存大于70%时,JVM会减少堆直到-Xms的最小限制,可以通过MaxHeapFreeRatio参数进行调整。

3.Code Cache代码缓存区

它主要用于存放JIT所编译的热点代码。CodeCache代码缓冲区的大小在client模式下默认最大是32m,在server模式下默认是48m,这个值也是可以设置的,它所对应的JVM参数为ReservedCodeCacheSize 和 InitialCodeCacheSize,可以通过如下的方式来为Java程序设置。

-XX:ReservedCodeCacheSize=128m

CodeCache缓存区是可能被充满的,当CodeCache满时,后台会收到CodeCache is full的警告信息,如下所示: 
“CompilerThread0” java.lang.OutOfMemoryError: requested 2854248 bytes for Chunk::new. Out of swap space?

4.Perm Gen(永久代) (JDK1.8之后被元空间替代)

Perm Gen全称是Permanent Generation space,称之为永久代,其实指的就是这个方法区。不过方法区和“PermGen space”又有着本质的区别。前者是 JVM 的规范,而后者则是 JVM 规范的一种实现,并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”,而对于其他类型的虚拟机,如 JRockit(Oracle)、J9(IBM) 并没有“PermGen space”。

由于方法区主要存储类的相关信息,Class在被Load进入这个区域后,如果应用程序LOAD很多Class的话,就很可能会出现PermGen space错误,比如对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。它的默认大小为物理内存的1/64。

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