JVM堆内存设置和测试

1. Java虚拟机内存结构

划分新生代和老年代，这样只在新生代分配内存，从而简化了新对象的分配。另外新生代和老年代使用不同的GC算法，可以更有效的清除不再需要的对象。
从上图可以看出，JVM内存由young+old+permanent组成，JVM又进一步将Young分成了eden，from survivor和to survivor三个区域。新对象会首先分配在 Eden 中(如果新对象过大，会直接分配在老年代中)。在GC中，Eden 中的对象会被移动到survivor中，直至对象熬过一定的GC的次数,会被移动到老年代。老年代一般是一些系统级（线程库，classloader等）的对象，官方推荐新生代占堆大小的3/8，而survivor区各占新生代的1/10。

2. GC原理

很多对象的生存时间都很短，而新生对象很少引用生存时间长的对象。所以，GC会频繁访问新生代对象，执行Minor GC。在新生代中，GC可以快速标记回收”死对象”，而不需要扫描整个Heap中的存活一段时间的”老对象”(即执行major/FULL GC)。
新生代的GC使用复制算法。在GC前To survivor区保持清空,对象保存在Eden和From survivor区中，GC运行时,Eden中的幸存对象被复制到 To survivor区。针对 From survivor取中的幸存对象，会考虑对象年龄,如果年龄没达到阀值(tenuring threshold)，对象会被复制到To survivor区。如果达到阀值对象被复制到老年代。复制阶段完成后，Eden 和From survivor区中只保存死对象，可以被视为全部清空。如果在复制过程中To survivor区被填满了，剩余的对象会被复制到老年代中。最后 From和To会对换。

上图演示GC过程，黄色表示死对象，绿色表示剩余空间，红色表示幸存对象
如果新生代过小，会导致新生对象很快就晋升到老年代中，在老年代中对象很难被回收。如果新生代过大，会发生过多的复制过程。所以需要通过不断的测试调优，找到一个合适的JVM参数。

3. JVM内存参数

堆内存大小设置

-Xms :初始堆大小。只要启动，就占用的堆大小
-Xmx :最大堆大小。java.lang.OutOfMemoryError: Java heap这个错误可以通过配置-Xms和-Xmx参数来设置
-Xss：栈大小分配。栈是每个线程私有的区域，通常只有几百K大小，决定了函数调用的深度，而局部变量、参数都分配到栈上。当出现大量局部变量，递归时，会发生栈空间OOM（java.lang.StackOverflowError）之类的错误。
-XX:NewSize=n :设置新生代大小的绝对值
-XX:NewRatio=n: 设置年轻代和年老代的比值。比如设置为3，则新生代：老年代=1：3，新生代占1/4的总heap大小。
-XX:SurvivorRatio=n :年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有from和to两个。比如设置为8时，那么eden:from:to=8:1:1
-XX:MaxPermSize=n :设置持久代大小；java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space这个OOM错误需要合理调大PermSize和MaxPermSize大小。
-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError ：发生OOM时转储堆到文件，这是一个非常好的诊断方法。
-XX:HeapDumpPath ：导出堆的转储文件路径
-XX:OnOutOfMemoryError：OOM时，执行一个脚本，比如发送邮件报警，重启程序。后面跟着一个脚本的路径。

测试1

第一次分配5M，没有超过xms。第二次再次分配5M，total mem会增加。第三次再申请40M，超过xmx限制所以报了OOM错误。

public class JVMTest {

public static void main(String args[]) {

//=====================Begin=========================

System.out.print("Xmx=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

System.out.print("free mem=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

System.out.print("total mem=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

//=====================First Allocated=========================

System.out.println("5MB array allocated");

byte[] b1 = new byte[5 * 1024 * 1024];

System.out.print("Xmx=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

System.out.print("free mem=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

System.out.print("total mem=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

//=====================Second Allocated=========================

System.out.println("10MB array allocated");

byte[] b2 = new byte[10 * 1024 * 1024];

System.out.print("Xmx=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

System.out.print("free mem=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

System.out.print("total mem=");

System.out.println(Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024.0 / 1024 + "M");

//=====================OOM=========================

System.out.println("OOM!!!");

System.gc();

byte[] b3 = new byte[40 * 1024 * 1024];

}

以50m XMX和10m XMS的运行测试：

D:\>java -Xmx50m -Xms10m JVMTest

Xmx=44.5M

free mem=9.804550170898438M

total mem=10.5M

5MB array allocated

Xmx=44.5M

free mem=4.804534912109375M

total mem=10.5M

10MB array allocated

Xmx=44.5M

free mem=5.3045196533203125M

total mem=21.0M

OOM!!!

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

at JVMTest.main(JVMTest.java:43)

测试2

public class JVMXmn1 {

public static void main(String args[]) {

byte[] b=null;

for(int i=0;i<10;i++)

b=new byte[1*1024*1024];

}

下面按1m的新生代设置，这时对象大于新生代大小，会直接创建在老年代。新生代没有使用。没有触发gc

D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn1m -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1

Heap

PSYoungGen total 512K, used 0K [0x00000000fff00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

eden space 0K, -2147483648% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff00000)

from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)

to space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)

ParOldGen total 19456K, used 10836K [0x00000000fec00000, 0x00000000fff00000, 0x00000000fff00000)

object space 19456K, 55% used [0x00000000fec00000,0x00000000ff695348,0x00000000fff00000)

PSPermGen total 21504K, used 2442K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)

object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c628d8,0x00000000faf00000)

下面按15m的新生代设置，全部分配在eden区，老年代没有使用，没有触发gc。

D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn15m -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1

Heap

PSYoungGen total 13824K, used 11525K [0x00000000ff100000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

eden space 12288K, 93% used [0x00000000ff100000,0x00000000ffc417c8,0x00000000ffd00000)

from space 1536K, 0% used [0x00000000ffe80000,0x00000000ffe80000,0x0000000100000000)

to space 1536K, 0% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd00000,0x00000000ffe80000)

ParOldGen total 5120K, used 0K [0x00000000fea00000, 0x00000000fef00000, 0x00000000ff100000)

object space 5120K, 0% used [0x00000000fea00000,0x00000000fea00000,0x00000000fef00000)

PSPermGen total 21504K, used 2442K [0x00000000f9800000, 0x00000000fad00000, 0x00000000fea00000)

object space 21504K, 11% used [0x00000000f9800000,0x00000000f9a628d8,0x00000000fad00000)

下面按8m的新生代设置，触发了一次gc，由于from和to的大小小于1M的对象大小，eden区会直接进入老年代。

D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn8m -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1

[GC [PSYoungGen: 5954K->536K(7168K)] 5954K->1560K(19456K), 0.0021655 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

Heap

PSYoungGen total 7168K, used 5971K [0x00000000ff800000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

eden space 6144K, 88% used [0x00000000ff800000,0x00000000ffd4ecb8,0x00000000ffe00000)

from space 1024K, 52% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe86010,0x00000000fff00000)

to space 1024K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x0000000100000000)

ParOldGen total 12288K, used 1024K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff800000, 0x00000000ff800000)

object space 12288K, 8% used [0x00000000fec00000,0x00000000fed00010,0x00000000ff800000)

PSPermGen total 21504K, used 2445K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)

object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c63400,0x00000000faf00000)

下面按7m的新生代设置，from和to的大小可以为1/xmn,大于触发了3次新生代gc，一共回收了7M左右的空间，最后剩余3M在系统当中，没有使用老年代。

D:\>java -Xmx20m -Xms20m -Xmn7m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1

[GC [PSYoungGen: 3785K->1512K(5632K)] 3785K->1568K(18944K), 0.0024118 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

[GC [PSYoungGen: 4755K->1528K(5632K)] 4811K->1584K(18944K), 0.0013799 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

[GC [PSYoungGen: 4631K->1496K(5632K)] 4687K->1552K(18944K), 0.0010990 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

Heap

PSYoungGen total 5632K, used 2561K [0x00000000ff900000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

eden space 4096K, 26% used [0x00000000ff900000,0x00000000ffa0a448,0x00000000ffd00000)

from space 1536K, 97% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffe76020,0x00000000ffe80000)

to space 1536K, 0% used [0x00000000ffe80000,0x00000000ffe80000,0x0000000100000000)

ParOldGen total 13312K, used 56K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff900000, 0x00000000ff900000)

object space 13312K, 0% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec0e000,0x00000000ff900000)

PSPermGen total 21504K, used 2445K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)

object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c63400,0x00000000faf00000)

新生代占一半大小（10m），幸存区为3：1：1（6m:2m,2m)，触发了1次gc，回收了7m左右空间，没有使用老年代。对于这种临时对象，减少老年代的使用是gc优化的关键。

D:\>java -Xmx20m -Xms20m -XX:NewRatio=1 -XX:SurvivorRatio=3 -XX:+PrintGCDetails JVMXmn1

[GC [PSYoungGen: 5954K->1624K(8192K)] 5954K->1624K(18432K), 0.0023152 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

Heap

PSYoungGen total 8192K, used 7059K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

eden space 6144K, 88% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffb4ecb8,0x00000000ffc00000)

from space 2048K, 79% used [0x00000000ffc00000,0x00000000ffd96020,0x00000000ffe00000)

to space 2048K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x0000000100000000)

ParOldGen total 10240K, used 0K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000,0x00000000ff600000)

object space 10240K, 0% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec00000,0x00000000ff600000)

PSPermGen total 21504K, used 2445K [0x00000000f9a00000, 0x00000000faf00000, 0x00000000fec00000)

object space 21504K, 11% used [0x00000000f9a00000,0x00000000f9c63400,0x00000000faf00000)