jvm堆空间划分_jvm内存模型和内存结构

Java堆从GC的角度还可以细分为: 年轻代(Young)、老年代（Tenured ）和永久代（Perm，jdk1.7以及之前的堆空间逻辑分区，区别堆空间）。

1 JDK1.7的堆内存GC模型

1.1 Young 年轻代

Young中的大部分对象的生命都是短暂的，所以将内存分为一块较大的Eden和两块较小的大小严格相同的Survivor1、Survivor2，JVM默认分配是8:1:1（但是JVM默认开启Survivor区大小自动变化的参数，关闭即可。），其中，Survivor区间中，某一时刻只有其中一个是被使用的，另外一个留做垃圾收集时复制对象用。每次调用Eden和其中的Survivor1（FromSpace）。

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。在Eden区间变满的时候，触发Minor 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。

1.2 Tenured 老年代

Tenured区主要保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象，当一些对象在Young复制转移一定的次数以后（Minor GC），对象就会被转移到Tenured区，一般如果系统中用了application级别的缓存，缓存中的对象往往会被转移到这一区间。

同理，当老年代中没有足够的内存空间来存放对象时，虚拟机会发起一次Major GC/Full GC。其实不论是Minor GC或者Major GC都存在这么一个问题，怎么处理跨代引用？因此通常Major都会回收年轻带。

Serial，Parallel scavenge,Parallel old垃圾回收器回收老年代的时候还会回收年轻代，Major GC就是Full GC。

CMS则是有两种模式，在没有设置-XX:+CMSScavengeBeforeRemark的时候，会扫描年轻代，但是只回收老年代，只有这个模式是真正的只进行Old GC；设置之后，会同时回收老年代和年轻。

G1比较特殊，它无论处于何种模式下，都不需要扫描别的代，只需要处理一下记忆集；

1.3 Perm 永久代

Perm Gen代主要保存class,method,filed对象，这部份的空间一般不会溢出，除非一次性加载了很多的类，不过在涉及到热部署的应用服务器的时候，有时候会遇到java.lang.OutOfMemoryError : PermGen space 的错误，造成这个错误的很大原因就有可能是每次都重新部署，但是重新部署后，类的class没有被卸载掉，这样就造成了大量的class对象保存在了perm中，这种情况下，一般重新启动应用服务器可以解决问题。

2 JDK1.8的堆内存模型

由上图可以看出，JDK1.8的堆内存模型是由2部分组成，年轻代 + 年老代。

年轻代：Eden + 2*Survivor
年老代：Old Gen

在JDK1.8中变化最大的Perm区，用Metaspace（元数据空间）进行了替换。需要特别说明的是：Metaspace所占用的内存空间不是在虚拟机内部，而是在本地内存空间中，这也是与1.7的永久代最大的区别所在。至于为什么废除永久代，在前面jvm内存模型中有讲解：JDK1.7和1.8的JVM运行时数据区域(JVM内存模型)的主要区别。

3 堆空间的GC

针对HotSpot VM的实现，它里面的GC其实准确分类只有两大种：

1. Partial GC：并不收集整个GC堆的模式
   1. Young GC：只收集Young Gen的GC，又称Minor GC。
   2. Old GC：只收集Old Gen的GC，又称Major GC。但是只有CMS的concurrent collection是这个模式，其他垃圾收集器所谓的Old GC在回收老年代的时候还会回收年轻代，因此Old GC常常和Full GC是等价的。
   3. Mixed GC：收集整个Young Gen以及部分Old Gen的GC。只有G1垃圾收集器有这个模式。
2. Full GC：收集整个堆，包括Young Gen、Old Gen、Perm Gen（如果存在的话）等所有部分的模式。

3.1 Young GC & Minor GC

3.1.1 触发条件

当年轻代（Eden区）满时就会触发，这里的年轻代满指的是 Eden区满。Survivor 满不会引发 GC,而是移动到老年代。Young GC中有部分存活对象会晋升到Old gen，所以Young GC后Old gen的占用量通常会有所升高。

执行Minor GC操作时，不会影响到永久代。从永久代到年轻代的引用被当成GC roots，从年轻代到永久代的引用在标记阶段被直接忽略掉。

3.1.2 GC策略

复制算法：

1. 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。
2. 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；复制到“TO”区域的对象“年龄”+1。大对象则可能被直接移动到老年代中，这是防频繁的复制带来的开销过大。
3. 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。
4. 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。

3.2 Old GC & Major GC & Full GC

这些术语无论是在 JVM 规范，还是在垃圾收集研究论文中都没有正式的定义，甚至国内国外的常见叫法也不一样。

Major GC通常是跟Full GC是等价的，除了CMS的concurrent collection之外，其它能收集Old Gen的GC都会同时收集整个GC堆，包括Young Gen。

Full GC 一般消耗的时间比较长，远远大于Minor GC，因此，有时候我们必须降低FullGC 发生的频率。在最近几个版本的JDK里默认包括了对永久代即方法区的回收（JDK8中无永久代了）。

3.1.1 触发条件

1. 在Minor GC之前每次晋升的对象的平均大小 > 老年代剩余空间
   当准备要触发一次Young GC时，如果发现统计数据说之前Young GC的平均晋升大小比目前Old gen剩余的空间大，则不会触发Young GC而是转为触发Full GC(因为HotSpot VM的GC里，除了CMS的concurrent collection之外，其它能收集Old Gen的GC都会同时收集整个GC堆，包括Young Gen，所以不需要事先触发一次单独的Young GC)。
2. Minor GC之后存活的对象超过了老年代剩余空间。
   以上这两种情况都是因为老年代会为新生代对象的晋升提供担保，而每次晋升的对象的大小是无法预测的，所以只能基于统计，1个是基于历史平均水平，一个是基于下一次可能要晋升的最大水平。
   这两种情况都会引起Full GC，这种情况下会使用Serial Old收集器，是单线程的，对GC的影响很大。
3. System.gc()：系统建议执行Full GC，但是不一定会执行 。
   可以设置-XX:+ DisableExplicitGC来禁止调用System.gc引发Full GC。
4. 永久代（方法区）空间不足
   如果有Perm Gen的话，要在Perm Gen分配空间但已经没有足够空间时，也要触发一次Full GC。避免Perm Gen占满造成Full GC现象，可采用的方法为增大Perm Gen空间或转为使用CMS GC。
5. Minor GC使得有新生代的对象晋身入老年代，导致老年代空间不够用时触发。

3.1.2 GC策略

标记清除法/标记整理法：

老年代与年轻代不同，老年代对象存活的时间比较长、比较稳定，因此采用标记(Mark)算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并、要么标记出来便于下次进行分配，总之目的就是要减少内存碎片带来的效率损耗。这两种方法具体哪种要看具体的垃圾收集器的实现。当老年代也满了装不下的时候，就会抛出OOM（Out of Memory）异常。

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