干货：JVM 堆内存和非堆内存
堆和非堆内存
按照官方的说法：“Java 虚拟机具有一个堆(Heap)，堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。”“在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)”。
JVM主要管理两种类型的内存：堆和非堆。
Heap memory Code Cache
Eden Space
Survivor Space
Tenured Gen
non-heap memory Perm Gen
native heap?(I guess)
堆内存
Java 虚拟机具有一个堆，堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。
堆的大小可以固定，也可以扩大和缩小。堆的内存不需要是连续空间。
非堆内存
Java 虚拟机管理堆之外的内存（称为非堆内存）。
Java 虚拟机具有一个由所有线程共享的方法区。方法区属于非堆内存。它存储每个类结构，如运行时常数池、字段和方法数据，以及方法和构造方法的代码。它是在 Java 虚拟机启动时创建的。
方法区在逻辑上属于堆，但 Java 虚拟机实现可以选择不对其进行回收或压缩。与堆类似，方法区的大小可以固定，也可以扩大和缩小。方法区的内存不需要是连续空间。
除了方法区外，Java 虚拟机实现可能需要用于内部处理或优化的内存，这种内存也是非堆内存。例如，JIT 编译器需要内存来存储从 Java 虚拟机代码转换而来的本机代码，从而获得高性能。
几个基本概念
PermGen space：全称是Permanent Generation space，即永久代。就是说是永久保存的区域,用于存放Class和Meta信息，Class在被Load的时候被放入该区域，GC(Garbage Collection)应该不会对PermGen space进行清理，所以如果你的APP会LOAD很多CLASS的话，就很可能出现PermGen space错误。
Heap space：存放Instance。
Java Heap分为3个区，Young即新生代，Old即老生代和Permanent。
Young保存刚实例化的对象。当该区被填满时，GC会将对象移到Old区。Permanent区则负责保存反射对象。
堆内存分配
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JVM初始分配的堆内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；
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JVM最大分配的堆内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。
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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；
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空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。
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因此服务器一般设置-Xms、-Xmx 相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。
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说明：如果-Xmx 不指定或者指定偏小，应用可能会导致java.lang.OutOfMemory错误，此错误来自JVM，不是Throwable的，无法用try…catch捕捉。
非堆内存分配
1. JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值，默认是物理内存的1/64；
2. 由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小，默认是物理内存的1/4。
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还有一说：MaxPermSize缺省值和-server -client选项相关，-server选项下默认MaxPermSize为64m，-client选项下默认MaxPermSize为32m。这个我没有实验。
3. XX:MaxPermSize设置过小会导致java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 就是内存益出。
4. 为什么会内存益出：
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这一部分内存用于存放Class和Meta的信息，Class在被 Load的时候被放入PermGen space区域，它和存放Instance的Heap区域不同。
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GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对PermGen space进行清理，所以如果你的APP会LOAD很多CLASS 的话,就很可能出现PermGen space错误。
5. 这种错误常见在web服务器对JSP进行pre compile的时候。
JVM内存限制(最大值)
1. 首先JVM内存限制于实际的最大物理内存，假设物理内存无限大的话，JVM内存的最大值跟操作系统有很大的关系。简单的说就32位处理器虽然可控内存空间有4GB,但是具体的操作系统会给一个限制，这个限制一般是2GB-3GB（一般来说Windows系统下为1.5G-2G，Linux系统下为2G-3G），而64bit以上的处理器就不会有限制了。
2. 为什么有的机器我将-Xmx和-XX:MaxPermSize都设置为512M之后Eclipse可以启动，而有些机器无法启动？
通过上面对JVM内存管理的介绍我们已经了解到JVM内存包含两种：堆内存和非堆内存，另外JVM最大内存首先取决于实际的物理内存和操作系统。所以说设置VM参数导致程序无法启动主要有以下几种原因：
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参数中-Xms的值大于-Xmx，或者-XX:PermSize的值大于-XX:MaxPermSize；
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-Xmx的值和-XX:MaxPermSize的总和超过了JVM内存的最大限制，比如当前操作系统最大内存限制，或者实际的物理内存等等。说到实际物理内存这里需要说明一点的是，如果你的内存是1024MB，但实际系统中用到的并不可能是1024MB，因为有一部分被硬件占用了。
3. 如果你有一个双核的CPU，也许可以尝试这个参数: -XX:+UseParallelGC 让GC可以更快的执行。（只是JDK 5里对GC新增加的参数）
4. 如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar，其大小超过了服务器jvm默认的大小，那么就会产生内存益出问题了。解决方法： 设置MaxPermSize大小。
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增加服务器启动的JVM参数设置： -Xms128m -Xmx256m -XX:PermSize=128M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m
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如tomcat，修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh，在echo “Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE”上面加入以下行：JAVA_OPTS=”-server -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m
5. 建议：将相同的第三方jar文件移置到tomcat/shared/lib目录下，这样可以减少jar 文档重复占用内存
JVM内存设置参数
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内存设置参数
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说明：
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如果-Xmx不指定或者指定偏小，应用可能会导致java.lang.OutOfMemory错误，此错误来自JVM不是Throwable的，无法用try…catch捕捉。
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PermSize和MaxPermSize指明虚拟机为java永久生成对象（Permanate generation）如，class对象、方法对象这些可反射（reflective）对象分配内存限制，这些内存不包括在Heap（堆内存）区之中。
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-XX:MaxPermSize分配过小会导致：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space。
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MaxPermSize缺省值和-server -client选项相关：-server选项下默认MaxPermSize为64m、-client选项下默认MaxPermSize为32m。
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申请一块内存的过程
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JVM会试图为相关Java对象在Eden中初始化一块内存区域
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当Eden空间足够时，内存申请结束。否则到下一步
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JVM试图释放在Eden中所有不活跃的对象（这属于1或更高级的垃圾回收）；释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区/OLD区
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Survivor区被用来作为Eden及OLD的中间交换区域，当OLD区空间足够时，Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区
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当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行完全的垃圾收集（0级）
-
完全垃圾收集后，若Survivor及OLD区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域，则出现”out of memory错误”
resin服务器典型的响应时间优先型的jvm配置：
-Xmx2000M -Xms2000M -Xmn500M
-XX:PermSize=250M -XX:MaxPermSize=250M
-Xss256K
-XX:+DisableExplicitGC
-XX:SurvivorRatio=1
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+UseParNewGC
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
-XX:LargePageSizeInBytes=128M
-XX:+UseFastAccessorMethods
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=60
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0
-XX:+PrintClassHistogram
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintHeapAtGC
-Xloggc:log/gc.log
内存回收算法
Java中有四种不同的回收算法，对应的启动参数为:
–XX:+UseSerialGC
–XX:+UseParallelGC
–XX:+UseParallelOldGC
–XX:+UseConcMarkSweepGC
Serial Collector
大部分平台或者强制 java -client 默认会使用这种。
young generation算法 = serial
old generation算法 = serial (mark-sweep-compact)
这种方法的缺点很明显, stop-the-world, 速度慢。服务器应用不推荐使用。
Parallel Collector
在linux x64上默认是这种，其他平台要加 java -server 参数才会默认选用这种。
young = parallel，多个thread同时copy
old = mark-sweep-compact = 1
优点：新生代回收更快。因为系统大部分时间做的gc都是新生代的，这样提高了throughput(cpu用于非gc时间)
缺点：当运行在8G/16G server上old generation live object太多时候pause time过长
Parallel Compact Collector (ParallelOld)
young = parallel = 2
old = parallel，分成多个独立的单元，如果单元中live object少则回收，多则跳过
优点：old old generation上性能较 parallel 方式有提高
缺点：大部分server系统old generation内存占用会达到60%-80%, 没有那么多理想的单元live object很少方便迅速回收，同时compact方面开销比起parallel并没明显减少。
Concurrent Mark-Sweep(CMS) Collector
young generation = parallel collector = 2
old = cms
同时不做 compact 操作。
优点：pause time会降低, pause敏感但CPU有空闲的场景需要建议使用策略4.
缺点：cpu占用过多，cpu密集型服务器不适合。另外碎片太多，每个object的存储都要通过链表连续跳n个地方，空间浪费问题也会增大。
内存监控方法
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jmap -heap 查看java 堆（heap）使用情况
jmap -heap pid
using thread-local object allocation.
Parallel GC with 4 thread(s) #GC 方式
Heap Configuration: #堆内存初始化配置
MinHeapFreeRatio=40 #对应jvm启动参数-XX:MinHeapFreeRatio设置JVM堆最小空闲比率(default 40)
MaxHeapFreeRatio=70 #对应jvm启动参数 -XX:MaxHeapFreeRatio设置JVM堆最大空闲比率(default 70)
MaxHeapSize=512.0MB #对应jvm启动参数-XX:MaxHeapSize=设置JVM堆的最大大小
NewSize = 1.0MB #对应jvm启动参数-XX:NewSize=设置JVM堆的‘新生代’的默认大小
MaxNewSize =4095MB #对应jvm启动参数-XX:MaxNewSize=设置JVM堆的‘新生代’的最大大小
OldSize = 4.0MB #对应jvm启动参数-XX:OldSize=<value>:设置JVM堆的‘老生代’的大小
NewRatio = 8 #对应jvm启动参数-XX:NewRatio=:‘新生代’和‘老生代’的大小比率
SurvivorRatio = 8 #对应jvm启动参数-XX:SurvivorRatio=设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值
PermSize= 16.0MB #对应jvm启动参数-XX:PermSize=<value>:设置JVM堆的‘永生代’的初始大小
MaxPermSize=64.0MB #对应jvm启动参数-XX:MaxPermSize=<value>:设置JVM堆的‘永生代’的最大大小
Heap Usage: #堆内存分步
PS Young Generation
Eden Space: #Eden区内存分布
capacity = 20381696 (19.4375MB) #Eden区总容量
used = 20370032 (19.426376342773438MB) #Eden区已使用
free = 11664 (0.0111236572265625MB) #Eden区剩余容量
99.94277218147106% used #Eden区使用比率
From Space: #其中一个Survivor区的内存分布
capacity = 8519680 (8.125MB)
used = 32768 (0.03125MB)
free = 8486912 (8.09375MB)
0.38461538461538464% used
To Space: #另一个Survivor区的内存分布
capacity = 9306112 (8.875MB)
used = 0 (0.0MB)
free = 9306112 (8.875MB)
0.0% used
PS Old Generation #当前的Old区内存分布
capacity = 366280704 (349.3125MB)
used = 322179848 (307.25464630126953MB)
free = 44100856 (42.05785369873047MB)
87.95982001825573% used
PS Perm Generation #当前的 “永生代” 内存分布
capacity = 32243712 (30.75MB)
used = 28918584 (27.57891082763672MB)
free = 3325128 (3.1710891723632812MB)
89.68751488662348% used
-
JVM内存监控工具
<%@ page import="java.lang.management.*" %>
<%@ page import="java.util.*" %>
<html>
<head>
<title>JVM Memory Monitor</title>
</head>
<body>
<table border="0" width="100%">
<tr><td colspan="2" align="center"><h3>Memory MXBean</h3></td></tr>
<tr><td width="200">Heap Memory Usage</td><td><%=ManagementFactory.getMemoryMXBean().getHeapMemoryUsage()%></td></tr>
<tr><td>Non-Heap Memory Usage</td><td><%=ManagementFactory.getMemoryMXBean().getNonHeapMemoryUsage()%></td></tr>
<tr><td colspan="2"> </td></tr>
<tr><td colspan="2" align="center"><h3>Memory Pool MXBeans</h3></td></tr>
<%
Iterator iter = ManagementFactory.getMemoryPoolMXBeans().iterator();
while (iter.hasNext()) {
MemoryPoolMXBean item = (MemoryPoolMXBean) iter.next();
%>
<tr><td colspan="2">
<table border="0" width="100%" style="border: 1px #98AAB1 solid;">
<tr><td colspan="2" align="center"><b><%= item.getName() %></b></td></tr>
<tr><td width="200">Type</td><td><%= item.getType() %></td></tr>
<tr><td>Usage</td><td><%= item.getUsage() %></td></tr>
<tr><td>Peak Usage</td><td><%= item.getPeakUsage() %></td></tr>
<tr><td>Collection Usage</td><td><%= item.getCollectionUsage() %></td></tr>
</table>
</td></tr>
<tr><td colspan="2"> </td></tr>
<%} %>
</table>
</body>
</html>
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