JVM调优第五天——堆内存模型【面试问题】

        Java虚拟机（JVM）是Java程序运行的基础，它为Java程序提供了一个与硬件和操作系统无关的运行环境。在JVM中，堆内存是程序运行期间，存储对象实例和数组的主要区域。本文将深入探讨Java堆内存的各个方面，包括对象内存布局、JVM内存溢出、垃圾回收机制，以及堆内存的划分和Young GC与Old GC的区别。

1.Java对象内存布局：

JAVA 对象在内存中主要有以下几部分：

1.对象头（Header）：

        MarkWord：存储对象的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志等。在64位系统中占8字节。

        ClassPoint：对象对应的类信息的内存地址，在64位系统中占8字节。

        Length：数组对象特有，表示数组长度，占4字节。

2.实例数据（Instance Data）：

        存储对象的实际数据，即类的属性信息。包含了对象的所有成员变量，大小由变量类型决定。byte、boolean：1 字节 ，short：2 字节 ，char：2~3 字节， int、float：4 字节 ，long、double、引用数据类型：8字节。

3.对齐填充（Padding）：

        由于内存对齐的原因，这部分不是必须存在，但用于确保对象的大小是8字节的整数倍。

2.JVM内存溢出和垃圾回收机制

2.1JVM内存溢出

        JVM内存溢出是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用，这种情况通常发生在堆内存或栈内存不足时。

        堆内存溢出（Heap OutOfMemory）：最常见的内存溢出，通常发生在创建大量对象时，导致堆内存耗尽。

        栈内存溢出（StackOverflowError）：当线程请求的栈深度超过了虚拟机所允许的最大深度时抛出。

        方法区溢出（PermGen space）：在Java 8之前，方法区（PermGen）用于存储类的元数据，当方法区内存不足时会发生溢出。

2.2垃圾回收机制：

        为什么要进行垃圾回收： 如果对象只创建不回收，会造成堆内存溢出(OOM)异常。防止内存泄漏：在手动管理内存的语言中，开发者需要确保分配的内存最终被释放。如果忘记释放内存，就会造成内存泄漏，随着时间的推移，这可能导致程序可用内存耗尽，影响程序性能甚至导致崩溃。垃圾回收机制可以自动检测并回收不再使用的对象，从而避免内存泄漏。

        垃圾回收（GC）是JVM自动进行内存管理的一种机制，用于回收不再使用的对象所占用的内存空间。Java的垃圾回收主要依赖于以下几个算法：

        标记-清除（Mark-Sweep）：标记所有存活的对象，然后清除未标记的对象。

        复制（Copying）：将内存分为两个区域，每次只使用一个区域，当一个区域内存不足时，将存活的对象复制到另一个区域。

        标记-整理（Mark-Compact）：先标记存活的对象，然后将它们移动到内存的一端，释放边界以外的内存。

       为了实现文章内容的完整度，先简单介绍一下垃圾回收机制，后面的课程还会详细介绍。麻烦大家用大大的鼠标狠狠地点个关注！！！

3.JVM堆内存的划分：

Java堆内存通常被划分为以下几个区域：

        新生代（Young Generation）：新创建的对象首先被分配到这里，为了减少young区垃圾回收后的空间碎片，新生代又分为Eden区和两个Survivor 区，且始终有一个Suvivor区保持闲置。对象会先存放到Eden区当中，Eden区空间 满了之后会进行young区的垃圾回收，之后将young区所有存活的对象复制到闲置 的Suvivor 区中，并清空Eden区和正在使用的Survivor区。

        老年代（Old Generation）：经过多次GC后仍然存活的对象会被移动到这里。对象会优先分配到新生代内存中，每次GC后没有回收的对象年龄加1，年龄到 15 还没有被回收，对象会存放到老年代内存中；如果对象较大，超过新生代内存的一 半，对象也会存放到老年代区域。

        元空间（Metaspace）：在Java 8中引入，用于存储类的元数据，取代了永久代（PermGen）。

4.Young GC与Old GC

        Young GC（Minor GC）：发生在新生代的垃圾回收，通常比较频繁，因为新生代对象的生命周期较短。Eden区满后会触发 YoungGC。

        Old GC（Major GC / Full GC）：发生在老年代的垃圾回收，通常较少发生，但每次发生时会伴随较长的停顿时间，因为老年代对象的生命周期较长，且需要清理整个堆内存。OldGC非常浪费性能， 所以我们的JVM调优要尽可能减少OldGC的次数， OldGC往往伴随着YoungGC。 YoungGC+OldGC = FullG。  

Survivor 区空间并不大，如果满了怎么办？

        （1）一般情况下GC会回收95%的对象，且超过15次GC的对象会存放到old 去，所以Survivor区不容易满。

        （2）如果Survivor区满了，会触发担保机制，提前将对象存入Old区。

为什么需要Survivor区？

        为了减少垃圾回收带来的空间碎片，空间碎片过多会频繁触发YoungGC。

为什么需要两块Survivor区？

        为了减少Survivor区的空间碎片。

        总结来说，Java堆内存是Java程序运行时存储对象的主要区域，了解其内存布局、内存溢出的原因、垃圾回收机制以及堆内存的划分，对于优化Java程序的性能至关重要。通过合理配置JVM参数，可以有效地减少内存溢出的风险，提高程序的稳定性和性能。