Java Heap

在 Java 中，堆是所有线程共享的一块内存区域。堆中会分配所有类的实例和数组。它在 JVM 启动时创建。一个自动存储管理系统会回收堆。它的大小可以是固定的，也可以是可变的。它不需要是连续的。

堆结构

堆分为两个部分（或代）

• 年轻代（或年轻代空间或新生代）
• 老年代（或老年代空间或永久代）

年轻代

它是堆的一部分。它保留用于分配对象。当它填满时，Minor GC 会从 Eden 收集垃圾到其中一个幸存者空间。在其中一个幸存者空间中可用于垃圾回收的对象被清除，其余对象移至另一个幸存者空间。因此，总有一个空的幸存者空间。所有在年轻代中存活时间较长的对象都会被转移到老年代。

Java 近期版本中，新生代的一部分称为保留区。它包含新生代中最近分配的对象。它不会收集垃圾，直到下一个年轻代。

• Eden：所有对象首先在此创建。它比两个幸存者空间都大。它占年轻代空间的 76%。当 Eden 填满时，会触发 Minor GC。
• 幸存者空间：这是一个对象池，其中包含已在 Eden 空间垃圾回收中幸存下来的对象。有两个幸存者空间，称为幸存者from (S0) 和幸存者to (S1)。它避免了内存碎片。关于幸存者的重要一点是，两个幸存者空间之一总是空的。

年轻代（Eden 空间 + 幸存者from 空间）中的所有活动对象都会被移至幸存者to 空间。完成此过程后，幸存者from 空间为空。在幸存者空间之间复制活动对象的过程会重复几次，直到一些对象被认为已经成熟且足够老。这样的对象可以移至老年代，而不是移至另一个幸存者空间。为了确定对象是否准备好移至老年代，GC 会计算对象幸存的总回收次数。如果对象未被回收，则其生命周期会增加。

老年代空间

它包含生命周期较长的对象。这个过程称为老年代回收。长生命周期的对象在多次 Minor GC 后幸存下来。当老年代空间接近其极限时，大部分老年代内存会被清除。通常，当老年代空间达到其极限时，垃圾收集器会被执行。老年代垃圾收集器称为 Major GC。它需要很长时间来移除对象。

这里有一个问题：“如果老年代中的对象需要引用年轻代中的对象，会发生什么？”

为了处理这类情况，JVM 在老年代中维护一个称为卡片表（card table）的表。它是一个 512 字节的内存块。当老年代中的对象引用年轻代中的对象时，它会记录在卡片表中。当 Minor GC 为年轻代执行时，GC 只会搜索此表。它会确定该对象是否应被 GC，而不是检查老年代中所有对象的引用。写屏障（write barrier）管理卡片表。它是一种能够提高 Minor GC 性能的机制。

非堆内存

它包括一个所有线程共享的方法区。它存储每个类的结构。它的大小可以是固定的，也可以是可变的。它不需要是连续的。

永久代（PermGen）

JVM 在运行时生成它。它包含 JVM 所需的应用程序元数据。元数据包括应用程序使用的类和方法。它还包括 Java SE 库类和方法。

在 Java 8 中，Metaspace 取代了它。这意味着在 Java 8 中不会出现 java.lang.OutOfMemoryError。Metaspace 中引入了两个新标志：-XXMetasapceSize 和 ?XXMaxMetaspaceSize。Metaspace 的主要目的是，只要类加载器存在，元数据就在 Metaspace 中存在。

PermGen 和 Metaspace 的主要区别在于：PermGen 是堆的一部分，而 Metaspace 是本地内存的一部分。

代码缓存 (Code Cache)：它是一个独立于堆的内存区域。它用于编译和存储本地代码。它是一个固定大小的空间。如果它填满，JVM 将不会编译任何其他代码。为了避免这种情况，您可以使用以下大小选项来调整代码缓存：

• InitialCodeCacheSize：其默认大小（字节）为 160K。
• ReservedCacheSize：其默认最大大小为 48M。
• CodeCacheExpansionSize：其默认大小为 32K 或 64K。

JVM 使用 Use Code Cache Flushing 选项来控制代码缓存区域的刷新。其默认值为 false。即时编译器（JIT）是代码缓存区域的最大用户。

java.lang.OutOfMemoryError 的原因

当应用程序尝试向堆空间区域添加更多数据但没有足够空间时，会触发此错误。每当达到堆大小限制时，JVM 就会抛出 Java 堆空间错误。

• 数据量激增：当应用程序尝试向堆空间添加更多数据但没有足够空间时，就会发生这种情况。
• 内存泄漏：这是一个编程错误，导致应用程序不断消耗更多内存。它可能以多种方式发生。当应用程序不再使用对象，但垃圾收集器无法识别它们时，就会出现这种情况。您可以使用内存管理工具（如 HP jmeter、JProbe 和 IBM Tivoli）来识别无用对象和内存泄漏。

示例

输出

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at MemoryLeaksDemo.main(MemoryLeaksDemo.java:5)