认识JVM内存组成区域
2019-08-23 11:17:00 
阿炯
JVM区域总体分两类，堆(heap)区和非堆区。
1) 堆
运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配，Java 虚拟机启动时创建。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。
堆由两部分组成：
其中eden+fromspace+tospace也叫年轻代(young)，old space叫旧生代。
其中还有S1,S0(在JDK的自带工具输出中会看到)，分别指的是Survivor space,存放每次垃圾回收后存活的对象。
Eden Space(伊甸园)、
Survivor Space(幸存者区)、
Old Gen(老年代)。
Old Generation，主要存放应用程序中生命周期长的存活对象。
垃圾回收主要是对Young Generation块和Old Generation块内存进行回收，YG用来放新产生的对象，经过几次回收还没回收掉的对象往OG中移动，对YG进行垃圾回收又叫做MinorGC，对OG垃圾回收叫MajorGC，两块内存回收互不干涉。
JVM memory is divided into separate parts. At broad level, JVM Heap memory is physically divided into two parts – Young Generation and Old Generation.
Young Generation
The young generation is the place where all the new objects are created. When the young generation is filled, garbage collection is performed. This garbage collection is called Minor GC. Young Generation is divided into three parts – Eden Memory and two Survivor Memory spaces.
Important Points about Young Generation Spaces:
Most of the newly created objects are located in the Eden memory space.
When Eden space is filled with objects, Minor GC is performed and all the survivor objects are moved to one of the survivor spaces.
Minor GC also checks the survivor objects and move them to the other survivor space. So at a time, one of the survivor space is always empty.
Objects that are survived after many cycles of GC, are moved to the Old generation memory space. Usually, it's done by setting a threshold for the age of the young generation objects before they become eligible to promote to Old generation.
Old Generation
Old Generation memory contains the objects that are long-lived and survived after many rounds of Minor GC. Usually, garbage collection is performed in Old Generation memory when it's full. Old Generation Garbage Collection is called Major GC and usually takes a longer time.
2) 非堆内存
JVM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。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。
Code Cache(代码缓存区)、
Perm Gen(永久代)、
Jvm Stack(java虚拟机栈)、
Local Method Statck(本地方法栈)。
Permanent Generation(图中的Permanent Space) 存放JVM自己的反射对象，比如类对象和方法对象。
下面将对上述所提及的内存区域做详细介绍
Eden Space字面意思是伊甸园，对象被创建的时候首先放到这个区域，进行垃圾回收后，不能被回收的对象被放入到空的survivor区域。
Survivor Space幸存者区，用于保存在eden space内存区域中经过垃圾回收后没有被回收的对象。Survivor有两个，分别为To Survivor、 From Survivor，这个两个区域的空间大小是一样的。执行垃圾回收的时候Eden区域不能被回收的对象被放入到空的survivor(也就是To Survivor，同时Eden区域的内存会在垃圾回收的过程中全部释放)，另一个survivor(即From Survivor)里不能被回收的对象也会被放入这个survivor(即To Survivor)，然后To Survivor 和 From Survivor的标记会互换，始终保证一个survivor是空的。
Eden Space和Survivor Space都属于新生代，新生代中执行的垃圾回收被称之为Minor GC(因为是对新生代进行垃圾回收，所以又被称为Young GC)，每一次Young GC后留下来的对象age加1。
注：GC为Garbage Collection，垃圾回收。
Old Gen老年代，用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，也有可能是新生代分配不了内存的大对象会直接进入老年代。经过多次垃圾回收都没有被回收的对象，这些对象的年代已经足够old了，就会放入到老年代。
当老年代被放满的之后，虚拟机会进行垃圾回收，称之为Major GC。由于Major GC除并发GC外均需对整个堆进行扫描和回收，因此又称为Full GC。
heap区即堆内存，整个堆大小=年轻代大小 + 老年代大小。堆内存默认为物理内存的1/64(<1GB)；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，可以通过MinHeapFreeRatio参数进行调整；默认空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制，可以通过MaxHeapFreeRatio参数进行调整。
非堆内存(非heap区)
Code Cache代码缓存区，它主要用于存放JIT所编译的代码。CodeCache代码缓冲区的大小在client模式下默认最大是32m，在server模式下默认是48m，这个值也是可以设置的，它所对应的JVM参数为ReservedCodeCacheSize 和 InitialCodeCacheSize，可以通过如下的方式来为Java程序设置。
-XX:ReservedCodeCacheSize=128m
CodeCache缓存区是可能被充满的，当CodeCache满时，后台会收到CodeCache is full的警告信息，如下所示：
"CompilerThread0" java.lang.OutOfMemoryError: requested 2854248 bytes for Chunk::new. Out of swap space?
注：JIT编译器是在程序运行期间，将Java字节码编译成平台相关的二进制代码。正因为此编译行为发生在程序运行期间，所以该编译器被称为Just-In-Time编译器。
Perm Gen全称是Permanent Generation space，是指内存的永久保存区域，因而称之为永久代。这个内存区域用于存放Class和Meta的信息，Class在被 Load的时候被放入这个区域。因为Perm里存储的东西永远不会被JVM垃圾回收的，所以如果你的应用程序LOAD很多CLASS的话，就很可能出现PermGen space错误。默认大小为物理内存的1/64。
3) 回收算法和过程
JVM采用一种分代回收 (generational collection) 的策略，用较高的频率对年轻的对象(young generation)进行扫描和回收，这种叫做minor collection，而对老对象(old generation)的检查回收频率要低很多，称为major collection。这样就不需要每次GC都将内存中所有对象都检查一遍。
当一个URL被访问时，内存申请过程 如下：
A. JVM会试图为相关Java对象在Eden中初始化一块内存区域
B. 当Eden空间足够时，内存申请结束。否则到下一步
C. 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
D. 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
E. 当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行完全的垃圾收集(0级)
F. 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"
对象衰老的过程
young generation的内存，由一块Eden(伊甸园，有意思)和两块Survivor Space(1.4文档中称为semi-space)构成。新创建的对象的内存都分配自eden。两块Survivor Space总有会一块是空闲的，用作copying collection的目标空间。Minor collection的过程就是将eden和在用survivor space中的活对象copy到空闲survivor space中。所谓survivor，也就是大部分对象在伊甸园出生后，根本活不过一次GC。对象在young generation里经历了一定次数的minor collection后，年纪大了，就会被移到old generation中，称为tenuring。(是否仅当survivor space不足的时候才会将老对象tenuring? 目前资料中没有找到描述)
剩余内存空间不足会触发GC，如eden空间不够了就要进行minor collection，old generation空间不够要进行major collection，permanent generation空间不足会引发full GC。
4) 下面将讲解的是TOMCAT或者其他服务器出现如下错误时的分析:
1、首先是：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
解释：Heap size 设置
JVM堆的设置是指java程序运行过程中JVM可以调配使用的内存空间的设置.JVM在启动的时候会自动设置Heap size的值，其初始空间(即-Xms)是物理内存的1/64，最大空间(-Xmx)是物理内存的1/4。可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等选项可进行设置。Heap size 的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。
提示：在JVM中如果98％的时间是用于GC且可用的Heap size 不足2％的时候将抛出此异常信息。
提示：Heap Size 最大不要超过可用物理内存的80％，一般的要将-Xms和-Xmx选项设置为相同，而-Xmn为1/4的-Xmx值。
解决方法：
手动设置Heap size
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat，在"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m
或修改catalina.sh
在"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m"
2、其次是：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
原因：PermGen space的全称是Permanent Generation space,是指内存的永久保存区域，这块内存主要是被JVM存放Class和Meta信息的，Class在被Loader时就会被放到PermGen space中，它和存放类实例(Instance)的Heap区域不同,GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对PermGen space进行清理，所以如果你的应用中有很CLASS的话,就很可能出现PermGen space错误，这种错误常见在web服务器对JSP进行pre compile的时候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar，其大小超过了jvm默认的大小(4M)那么就会产生此错误信息了。
解决方法：
1. 手动设置MaxPermSize大小
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat(Linux下为catalina.sh)，在Java代码
"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m
"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m
catalina.sh下为：
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m"
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m"
JVM的默认设置
堆(heap)(News Generation 和Old Generaion 之和)的设置
初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64但小于1G。
最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4但小于1G。
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，可以由-XX:MinHeapFreeRatio=指定。
默认空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制，可以由-XX:MaxHeapFreeRatio=指定。
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，所以上面的两个参数没有什么用。
-Xmn 设置young generation的heap大小
-XX:MinHeapFreeRatio与-XX:MaxHeapFreeRatio设定空闲内存占总内存的比例范围，这两个参数会影响GC的频率和单次GC的耗时。-XX:NewRatio决定young与old generation的比例。Young generation空间越大，minor collection频率越低，但是old generation空间小了，又可能导致major collection频率增加。-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize直接指定了young generation的缺省大小和最大大小。
非堆内存的设置
默认分配为64M
-XX:PermSize设置最小分配空间，-XX:MaxPermSize设置最大分配空间。一般把这两个数值设为相同，以减少申请内存空间的时间。
参考来源
jvm的内存调优
JVM内存区域详解
Java (JVM) Memory Model
1) 堆
运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配，Java 虚拟机启动时创建。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。
堆由两部分组成：
其中eden+fromspace+tospace也叫年轻代(young)，old space叫旧生代。
其中还有S1,S0(在JDK的自带工具输出中会看到)，分别指的是Survivor space,存放每次垃圾回收后存活的对象。
Eden Space(伊甸园)、
Survivor Space(幸存者区)、
Old Gen(老年代)。
Old Generation，主要存放应用程序中生命周期长的存活对象。
垃圾回收主要是对Young Generation块和Old Generation块内存进行回收，YG用来放新产生的对象，经过几次回收还没回收掉的对象往OG中移动，对YG进行垃圾回收又叫做MinorGC，对OG垃圾回收叫MajorGC，两块内存回收互不干涉。
JVM memory is divided into separate parts. At broad level, JVM Heap memory is physically divided into two parts – Young Generation and Old Generation.
Young Generation
The young generation is the place where all the new objects are created. When the young generation is filled, garbage collection is performed. This garbage collection is called Minor GC. Young Generation is divided into three parts – Eden Memory and two Survivor Memory spaces.
Important Points about Young Generation Spaces:
Most of the newly created objects are located in the Eden memory space.
When Eden space is filled with objects, Minor GC is performed and all the survivor objects are moved to one of the survivor spaces.
Minor GC also checks the survivor objects and move them to the other survivor space. So at a time, one of the survivor space is always empty.
Objects that are survived after many cycles of GC, are moved to the Old generation memory space. Usually, it's done by setting a threshold for the age of the young generation objects before they become eligible to promote to Old generation.
Old Generation
Old Generation memory contains the objects that are long-lived and survived after many rounds of Minor GC. Usually, garbage collection is performed in Old Generation memory when it's full. Old Generation Garbage Collection is called Major GC and usually takes a longer time.
2) 非堆内存
JVM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。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。
Code Cache(代码缓存区)、
Perm Gen(永久代)、
Jvm Stack(java虚拟机栈)、
Local Method Statck(本地方法栈)。
Permanent Generation(图中的Permanent Space) 存放JVM自己的反射对象，比如类对象和方法对象。
下面将对上述所提及的内存区域做详细介绍
Eden Space字面意思是伊甸园，对象被创建的时候首先放到这个区域，进行垃圾回收后，不能被回收的对象被放入到空的survivor区域。
Survivor Space幸存者区，用于保存在eden space内存区域中经过垃圾回收后没有被回收的对象。Survivor有两个，分别为To Survivor、 From Survivor，这个两个区域的空间大小是一样的。执行垃圾回收的时候Eden区域不能被回收的对象被放入到空的survivor(也就是To Survivor，同时Eden区域的内存会在垃圾回收的过程中全部释放)，另一个survivor(即From Survivor)里不能被回收的对象也会被放入这个survivor(即To Survivor)，然后To Survivor 和 From Survivor的标记会互换，始终保证一个survivor是空的。
Eden Space和Survivor Space都属于新生代，新生代中执行的垃圾回收被称之为Minor GC(因为是对新生代进行垃圾回收，所以又被称为Young GC)，每一次Young GC后留下来的对象age加1。
注：GC为Garbage Collection，垃圾回收。
Old Gen老年代，用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，也有可能是新生代分配不了内存的大对象会直接进入老年代。经过多次垃圾回收都没有被回收的对象，这些对象的年代已经足够old了，就会放入到老年代。
当老年代被放满的之后，虚拟机会进行垃圾回收，称之为Major GC。由于Major GC除并发GC外均需对整个堆进行扫描和回收，因此又称为Full GC。
heap区即堆内存，整个堆大小=年轻代大小 + 老年代大小。堆内存默认为物理内存的1/64(<1GB)；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，可以通过MinHeapFreeRatio参数进行调整；默认空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制，可以通过MaxHeapFreeRatio参数进行调整。
非堆内存(非heap区)
Code Cache代码缓存区，它主要用于存放JIT所编译的代码。CodeCache代码缓冲区的大小在client模式下默认最大是32m，在server模式下默认是48m，这个值也是可以设置的，它所对应的JVM参数为ReservedCodeCacheSize 和 InitialCodeCacheSize，可以通过如下的方式来为Java程序设置。
-XX:ReservedCodeCacheSize=128m
CodeCache缓存区是可能被充满的，当CodeCache满时，后台会收到CodeCache is full的警告信息，如下所示：
"CompilerThread0" java.lang.OutOfMemoryError: requested 2854248 bytes for Chunk::new. Out of swap space?
注：JIT编译器是在程序运行期间，将Java字节码编译成平台相关的二进制代码。正因为此编译行为发生在程序运行期间，所以该编译器被称为Just-In-Time编译器。
Perm Gen全称是Permanent Generation space，是指内存的永久保存区域，因而称之为永久代。这个内存区域用于存放Class和Meta的信息，Class在被 Load的时候被放入这个区域。因为Perm里存储的东西永远不会被JVM垃圾回收的，所以如果你的应用程序LOAD很多CLASS的话，就很可能出现PermGen space错误。默认大小为物理内存的1/64。
3) 回收算法和过程
JVM采用一种分代回收 (generational collection) 的策略，用较高的频率对年轻的对象(young generation)进行扫描和回收，这种叫做minor collection，而对老对象(old generation)的检查回收频率要低很多，称为major collection。这样就不需要每次GC都将内存中所有对象都检查一遍。
当一个URL被访问时，内存申请过程 如下：
A. JVM会试图为相关Java对象在Eden中初始化一块内存区域
B. 当Eden空间足够时，内存申请结束。否则到下一步
C. 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
D. 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
E. 当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行完全的垃圾收集(0级)
F. 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"
对象衰老的过程
young generation的内存，由一块Eden(伊甸园，有意思)和两块Survivor Space(1.4文档中称为semi-space)构成。新创建的对象的内存都分配自eden。两块Survivor Space总有会一块是空闲的，用作copying collection的目标空间。Minor collection的过程就是将eden和在用survivor space中的活对象copy到空闲survivor space中。所谓survivor，也就是大部分对象在伊甸园出生后，根本活不过一次GC。对象在young generation里经历了一定次数的minor collection后，年纪大了，就会被移到old generation中，称为tenuring。(是否仅当survivor space不足的时候才会将老对象tenuring? 目前资料中没有找到描述)
剩余内存空间不足会触发GC，如eden空间不够了就要进行minor collection，old generation空间不够要进行major collection，permanent generation空间不足会引发full GC。
4) 下面将讲解的是TOMCAT或者其他服务器出现如下错误时的分析:
1、首先是：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
解释：Heap size 设置
JVM堆的设置是指java程序运行过程中JVM可以调配使用的内存空间的设置.JVM在启动的时候会自动设置Heap size的值，其初始空间(即-Xms)是物理内存的1/64，最大空间(-Xmx)是物理内存的1/4。可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等选项可进行设置。Heap size 的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。
提示：在JVM中如果98％的时间是用于GC且可用的Heap size 不足2％的时候将抛出此异常信息。
提示：Heap Size 最大不要超过可用物理内存的80％，一般的要将-Xms和-Xmx选项设置为相同，而-Xmn为1/4的-Xmx值。
解决方法：
手动设置Heap size
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat，在"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m
或修改catalina.sh
在"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m"
2、其次是：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
原因：PermGen space的全称是Permanent Generation space,是指内存的永久保存区域，这块内存主要是被JVM存放Class和Meta信息的，Class在被Loader时就会被放到PermGen space中，它和存放类实例(Instance)的Heap区域不同,GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对PermGen space进行清理，所以如果你的应用中有很CLASS的话,就很可能出现PermGen space错误，这种错误常见在web服务器对JSP进行pre compile的时候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar，其大小超过了jvm默认的大小(4M)那么就会产生此错误信息了。
解决方法：
1. 手动设置MaxPermSize大小
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat(Linux下为catalina.sh)，在Java代码
"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m
"echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE""上面加入以下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m
catalina.sh下为：
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m"
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m"
JVM的默认设置
堆(heap)(News Generation 和Old Generaion 之和)的设置
初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64但小于1G。
最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4但小于1G。
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，可以由-XX:MinHeapFreeRatio=指定。
默认空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制，可以由-XX:MaxHeapFreeRatio=指定。
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，所以上面的两个参数没有什么用。
-Xmn 设置young generation的heap大小
-XX:MinHeapFreeRatio与-XX:MaxHeapFreeRatio设定空闲内存占总内存的比例范围，这两个参数会影响GC的频率和单次GC的耗时。-XX:NewRatio决定young与old generation的比例。Young generation空间越大，minor collection频率越低，但是old generation空间小了，又可能导致major collection频率增加。-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize直接指定了young generation的缺省大小和最大大小。
非堆内存的设置
默认分配为64M
-XX:PermSize设置最小分配空间，-XX:MaxPermSize设置最大分配空间。一般把这两个数值设为相同，以减少申请内存空间的时间。
参考来源
jvm的内存调优
JVM内存区域详解
Java (JVM) Memory Model