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深入理解Java之JVM堆内存分配

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xiangzhihong
发布2018-02-06 16:45:32
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发布2018-02-06 16:45:32
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文章被收录于专栏:向治洪向治洪

Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,所有对象和数组都在堆上进行内存分配。为了进行高效的垃圾回收,虚拟机把堆内存划分成新生代、老年代和永久代(1.8中无永久代,使用metaspace实现)三块区域。

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Java把内存分成两种:栈内存和堆内存。关于堆内存和栈内存的区别与联系。简单的来讲,堆内存用于存放由new创建的对象和数组,在堆中分配的内存,由java虚拟机自动垃圾回收器来管理。而栈内存由使用的人向系统申请,申请人进行管理。

堆内存初始化

Java中分配堆内存是自动初始化的,其入口位于Universe::initialize_heap方法中,相关代码如下:

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其中UseParallelGC、UseG1GC、UseConcMarkSweepGC都可以通过启动参数进行设置,整个初始化过程分成三步: 1、初始化GC策略; 2、初始化分代生成器; 3、初始化Java堆管理器;

GC策略初始化

HotSpot的GC策略实现如下:

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其中MarkSweepPolicy是基于标记-清除思想的GC策略,如果虚拟机启动参数没有指定GC算法,则使用默认使用UseSerialGC,以ASConcurrentMarkSweepPolicy策略为例,对GC策略的初始化过程进行分析:

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调用父类ConcurrentMarkSweepPolicy构造方法,其中initialize_all定义在GenCollectorPolicy中,相关代码如下:

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initialize_flags

负责对新生代、老年代以及永久代设置的内存大小进行调整。

调整永久代

由CollectorPolicy::initialize_flags实现,永久代的初始值默认为4M,最大值为64M,可以通过参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize进行重新设置。代码如下:

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调整新生代

由GenCollectorPolicy::initialize_flags实现: 1、新生代的初始值NewSize默认为1M,最大值需要设置,可以通过参数-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize或-Xmn进行设置; 2、NewRatio为老年代与新生代的大小比值,默认为2; 3、SurvivorRatio为新生代中Eden和Survivor的大小比值,默认为8;

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调整老年代

由TwoGenerationCollectorPolicy::initialize_flags实现 1、老年代的初始值OldSize默认为4M,可以通过参数-XX:OldSize进行设置; 2、最大堆大小MaxHeapSize默认为96M,可以通过参数-Xmx进行设置; 3、如果设置的新生代和老年代的内存容量大于MaxHeapSize,则重新设置MaxHeapSize;

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initialize_size_info

设置新生代、老年代以及永久代的容量,包括初始值、最小值和最大值

设置堆容量

其中InitialHeapSize和Arguments::min_heap_size()可以通过参数-Xms进行设置。 1、设置初始堆容量_initial_heap_byte_size; 2、设置最小堆容量_min_heap_byte_size; 3、设置最大堆容量_max_heap_byte_size;

相关代码如下:

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设置新生代
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1、如果MaxNewSize重新设置过,即设置-Xmn参数,则根据不同情况设置max_new_size; 2、否则通过scale_by_NewRatio_aligned方法根据NewRatio和_max_heap_byte_size重新计算max_new_size值,其中NewRatio默认为2,表示新生代的大小占整个堆的1/3;

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3、如果最大堆_max_heap_byte_size等于最小堆_min_heap_byte_size,则设置新生代的初始值、最小值和最大值为max_new_size,否则执行下一步。

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4、如果NewSize重新设置过,即设置了-Xmn参数,则使用NewSize设置_min_gen0_size,否则使用scale_by_NewRatio_aligned方法重新计算新生代最小值和初始值,实现如下:

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设置老年代

1、如果参数没有设置OldSize,则使用min_heap_byte_size() - min_gen0_size(),即最小堆大小和新生代最小值之差设置老年代最小值,初始值类似; 2、否则根据设置的OldSize,通过adjust_gen0_sizes方法重新设置新生代的最小值和初始值;

初始化分代生成器

分代生成器保存了各个内存代的初始值和最大值,新生代和老年代通过GenerationSpec实现,永久代通过PermanentGenerationSpec实现。

GenerationSpec

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每个生成器GenerationSpec实例保存当前分代的GC算法、内存的初始值和最大值。

PermanentGenerationSpec

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除了GenerationSpec实例中的数据,如果设置UseSharedSpaces和DumpSharedSpaces,还需要保存额外的数据。ConcurrentMarkSweepPolicy::initialize_generations方法实现了分代生成器的初始化,实现如下:

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初始化Java堆管理器

GenCollectedHeap是整个Java堆的管理器,负责Java对象的内存分配和垃圾对象的回收,通过initialize方法进行初始化,相关代码如下:

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1、通过GC策略的number_of_generations方法获取分代数量,如果使用ASConcurrentMarkSweepPolicy,默认分代数为2; 2、通过align方法对齐生成器的初始值和最大值;

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3、通过allocate为堆申请空间;

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4、通过分代生成器的init方法为对应的分代分配内存空间;

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5、如果当前的GC策略为ConcurrentMarkSweepPolicy,则通过create_cms_collector创建GC线程。

到此,JVM堆内存的完整分配流程就分析完了。

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原始发表:2017-04-20 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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