Java虚拟机(JVM)内存结构和垃圾回收机制(GC)详解以及内存溢出(out of memory)的分析

一、JVM介绍

jvm是java virtual machine 的简称，它是java虚构出来的计算机，有自己的指令集，寄存器和堆栈内存。它屏蔽了java应用程序与具体的操作平台相关的信息，java程序只需生成jvm的目标代码既字节码，jvm通过对字节码的解释最终转化为具体平台的指令，实现了java的跨平台。

二、内存简介

jvm结构可以看成是堆内存和非堆内存组成，堆是运行时内存对象的实例化，数组内存的分配都是由此内存划分。堆内存之外的称为非堆内存。堆内存是java代码可及的内存，而非堆内存是jvm留给自己使用的，例如内部优化所需的内存，类的信息，final常量，类的构造方法。（下第四部分有对此节的详细介绍）

三、垃圾回收（GC）

GC是jvm的垃圾回收，当实例化一个java对象的时候jvm为此对象分配一块内存，当此对象不再被使用时，由jvm自动回收此内存块。不用人为的释放内存，降低了内存溢出的风险。

GC算法通常有两种，一是引用计数，当对象创建、引用时该对象的计数增加，引用超出作用域或者对象为空的时候，此计数减少。当计数为0的时候此对象可以回收。二是对象引用遍历，也称向图法。就是从根开始沿着整个对象图遍历，标记可到达的对象。再通过扫描整个堆栈处理不可到达的对象。

这两种算法对应了多种实现机制

1，标记-清除

2，标记-压缩

这两种机制是对不可到达的对象进行清理、压缩处理。

3，复制机制

这种机制将堆栈分为两个区域，称为半空间。每次使用一半的空间，生成的新对象在一个空间GC时将可到达的对象复制到另一个空间，从而实现堆栈的压缩。

4，增量机制

这种机制是将内存分为多个区域，每次从一个区域进行垃圾回收。

5，分代机制

这个一个比较常用的机制，这种收集机制是将堆栈分为两个或多个区域。用于存放不同寿命的对象，根据对象的使用频率分配不同寿命的区域。

以上机制称为串行GC，GC的时候会造成程序的暂停，jvm还有基于多线程的GC，称为并行GC和并发GC，他们的扫描复制都是在多线程的基础上进行的不会造成程序的暂停，适用于多cpu和对暂停时间要求较短的应用程序。是server级默认的GC机制。

 

四、关于out of memory

这里有必要再重新详细的说一下jvm的结构。jvm分为堆内存和非堆内存，对内存分为新生代区、旧生代区，非堆内存称为永久区。新生代区又分为Eden和survivior区，survivor区分为FromSpace和toSpace

jvm在GC的时候对不同的区域进行了区别对待，对新生代区会进行频繁的GC，使用的是coyping机制，对旧生代区采用的是标记机制。

所有新创建的对象存在于Eden区，当Eden的内存不足时，将依旧存活的对象拷贝到survivor区中的FromSpace，ToSpace中的一个区。如果这个区也是不足的那么将此区域的存活的对象拷贝到另一个区，然后清除此区。就是说FromSpace和ToSpace总有一个是空的。对新生代的GC叫作minor GC，通常对象活不过这次GC

当一个Survivor的区满的时候，会将此区域中经过一定次数GC依旧活着的对象放到旧生代区，如果旧生代区满了的话就会发生FULL GC，Full GC相当耗资源，Full GC的时候应用程序会暂停。

永久区内存装载的类的信息，常量池，如果常量池无限大，或者要装载大量的class或者动态生成类。这个区域占有内存也会增大。也会发生FULL GC。

不论堆内存还是非堆内存内存虽然GC能释放一些内存空间，但是内存不足的情况还是会发生，

堆内存空间不足会出现 java.lang.OutOfMemoryError: heap space

非堆内存不足会出现 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

 

   堆内存大小设置参数 -Xms512m -Xmx512m

   非堆内存大小设置参数 -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=256m

 

Xms指堆内存的初始值（默认物理内存的1/64），Xmx是指堆内存最大值(默认物理内存的1/4)。当堆内存的剩余空间不足40%的时候堆内存大小扩大到最大值Mmx，当剩余空间大于70%的时候堆内存减小为初始值。堆内存大小的变化也是消耗资源消耗性能的动作，将这两个参数设为一样可以避免堆内存变化带来的性能消耗（非堆内存同理）。