Java虚拟机(2)——内存结构&堆

概述

100%JVM教程或者是书上都会有这张图。。。

啊，，，，这是JVM运行时的内存结构。很多Java基础教程都会提到Java中的堆和栈，但实际上Java的运行时内存结构要更为复杂一些。这里我只介绍堆，剩下的后面再说。

堆

大部分Java学习者都听过类似“栈内存中保存变量的引用，堆内存保存变量的实体”这种说法，其实严格来讲是不正确的，当然为了便于理解，我们现在先这么想，关于特殊情况我们后面再说。

如果对虚拟机栈不了解的可以先看看Java虚拟机(1)——内存结构&栈这篇文章。

由栈到堆

一般来说，栈空间的内存是比较小的，大概也就1M或几M。这只能容纳一些随方法调用而生，随方法结束而消亡的基本数据类型，如果遇到方法中有比较大的局部变量时，栈就放不下了，这时候就需要堆来存储数据。

因为基本数据类型都有明确的空间占用，而且不大，所以这些大数据都是引用数据类型。然后在栈中只需要存储这个大对象的引用，把大对象放到堆中就好了。

就放进去就好了？

当然不是啊，如果JVM只会把这些对象放到堆里而不做任何管控的话，随着程序运行，对象越来越多，我们的堆空间也会耗尽。所以需要一些控制算法，也就是常说的垃圾回收（GC）算法。

IBM的一项研究表明，80%左右的对象都是朝生夕灭的，就是说它们的生命周期特别短，可能方法运行完了，这个对象就用不到了，所以根据这个特性，如果我们把对象分代管理，分成朝生夕灭的和不动如山的（生命周期很长的），然后对朝生夕灭的我们经常回收，对那些不动如山的我们很久回收一次，就会缩短垃圾回收操作的时间。

堆空间的分代

堆空间分为新生代和老年代。还有个永久代，那个我们不说，在方法区中说。

新生代对应我们刚刚说的朝生夕灭的对象，分为Eden区和S0、S1区。

老年代对应刚刚说的生命周期很长的对象。

新生代和老年代的大小比例默认是1:3。堆有600M，则新生代有200M，老年代有400M。而Eden区又和两个S区分别以8:1:1的比例分配，也就是说新生代有200M，Eden区就有160M，S0、S1各有20M。

MinorGC和MajorGC和FullGC

绝大多数有分代策略的Java虚拟机GC时都会分成三种，MinorGC是回收新生代中的对象，MajorGC是回收老年代中的对象，FullGC是回收所有包括永久代中的对象。

Stop The World

Java虚拟机中的垃圾回收器是独立出来的线程，我们称为GC线程。但是我们的GC线程进行垃圾回收的时候，并不能真正的做到和用户线程并发（其实有的虚拟机采用一些更先进的技术做到了，但这里不讨论），因为用户线程可能产生新的对象，这会干扰到GC线程对垃圾对象的判断。所以每次GC线程进行垃圾回收，用户线程都会暂停，称为Stop The World。也叫STW。

尽管最先进的虚拟机采用一些先进算法实现了用户线程和GC线程的并发，实际上还是有一些恢复操作和标记操作需要短暂的STW，只是不明显。想深入了解的可以去看看《深入理解Java虚拟机》。

Eden区

预备知识都做完了，往下学。

Eden区翻译过来是伊甸园区，所有Java对象在new的时候都会先尝试进如Eden区，如果空间足够则直接进入，如果空间不够了，会先触发一次MinorGC，MinorGC会把Eden区没有引用的对象清理掉，把其余的对象放入S0或S1区。

S0和S1

全称是Survivor0和Survivor1。翻译过来就是幸存者区。也叫From和To区。S0和S1只有一个分区有数据，这个有数据的分区叫做From区，无数据的就是To区。这两个分区会不停的转换。From变成To，To变成From。

MinorGC时除了把Eden区无用对象清理掉外，还会把幸存者区的无用对象清理掉，Eden区中进入幸存者区的对象会得到一个计数器，代表该对象在幸存者区中熬过了几次MinorGC。每次MinorGC时都会将From分区的数据和从Eden区过来的数据都放到To区。

当对象在幸存者区熬过了15次MinorGC（默认，可设置）则会晋升到老年代中。代表该对象八成是一个生命周期很长的对象。

前面说了幸存者区乃至整个新生代的空间都不大，那如果幸存者区剩余空间接不住Eden区过来的对象咋办？这个对象会直接进入老年代。

老年代

每次老年代满了，都是因为新生代的数据过来了，因为老年代的数据量很大，而且可能有大对象，STW的时间会很长，所以MajorGC不会轻易触发。老年代满了会先触发一次MinorGC，如果释放新生代空间后新生代的新数据能装下了，就不调用MajorGC，否则才调用MajorGC。

当MajorGC后老年代还是装不下新来的对象，这时候就会抛出OOMError了。

对象一定在堆空间中嘛？

随着虚拟机越来越聪明，很多对象不一定要分配到堆中了。实际上有的对象确实没必要，只会增加GC的压力。每次GC不管是什么GC始终都要有STW，不管时间长短都是要有的，所以人们想了很多办法不让对象分配到堆中。

具体的关键词有栈上分配、逃逸分析、标量替换等，就不说了。