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Java堆內(nèi)存又溢出了！教你一招必殺技(推薦)

更新時間：2019年04月01日 14:14:51 作者：李振良OK

這篇文章主要介紹了Java內(nèi)存溢出問題，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

JAVA堆內(nèi)存管理是影響性能主要因素之一。
堆內(nèi)存溢出是JAVA項(xiàng)目非常常見的故障，在解決該問題之前，必須先了解下JAVA堆內(nèi)存是怎么工作的。

先看下JAVA堆內(nèi)存是如何劃分的，如圖：

1.JVM內(nèi)存劃分為堆內(nèi)存和非堆內(nèi)存，堆內(nèi)存分為年輕代（Young Generation）、老年代（Old Generation），非堆內(nèi)存就一個永久代（Permanent Generation）。

2.年輕代又分為Eden和Survivor區(qū)。Survivor區(qū)由FromSpace和ToSpace組成。Eden區(qū)占大容量，Survivor兩個區(qū)占小容量，默認(rèn)比例是8:1:1。

3.堆內(nèi)存用途：存放的是對象，垃圾收集器就是收集這些對象，然后根據(jù)GC算法回收。

4.非堆內(nèi)存用途：永久代，也稱為方法區(qū)，存儲程序運(yùn)行時長期存活的對象，比如類的元數(shù)據(jù)、方法、常量、屬性等。

在JDK1.8版本廢棄了永久代，替代的是元空間（MetaSpace），元空間與永久代上類似，都是方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)，他們最大區(qū)別是：元空間并不在JVM中，而是使用本地內(nèi)存。

元空間有注意有兩個參數(shù)：

MetaspaceSize ：初始化元空間大小，控制發(fā)生GC閾值
MaxMetaspaceSize ：限制元空間大小上限，防止異常占用過多物理內(nèi)存

為什么移除永久代？

移除永久代原因：為融合HotSpot JVM與JRockit VM（新JVM技術(shù)）而做出的改變，因?yàn)镴Rockit沒有永久代。
有了元空間就不再會出現(xiàn)永久代OOM問題了！

分代概念

新生成的對象首先放到年輕代Eden區(qū)，當(dāng)Eden空間滿了，觸發(fā)Minor GC，存活下來的對象移動到Survivor0區(qū)，Survivor0區(qū)滿后觸發(fā)執(zhí)行Minor GC，Survivor0區(qū)存活對象移動到Suvivor1區(qū)，這樣保證了一段時間內(nèi)總有一個survivor區(qū)為空。經(jīng)過多次Minor GC仍然存活的對象移動到老年代。

老年代存儲長期存活的對象，占滿時會觸發(fā)Major GC=Full GC，GC期間會停止所有線程等待GC完成，所以對響應(yīng)要求高的應(yīng)用盡量減少發(fā)生Major GC，避免響應(yīng)超時。

Minor GC ：清理年輕代
Major GC ：清理老年代
Full GC ：清理整個堆空間，包括年輕代和永久代

所有GC都會停止應(yīng)用所有線程。

為什么分代？

將對象根據(jù)存活概率進(jìn)行分類，對存活時間長的對象，放到固定區(qū)，從而減少掃描垃圾時間及GC頻率。針對分類進(jìn)行不同的垃圾回收算法，對算法揚(yáng)長避短。

為什么survivor分為兩塊相等大小的幸存空間？

主要為了解決碎片化。如果內(nèi)存碎片化嚴(yán)重，也就是兩個對象占用不連續(xù)的內(nèi)存，已有的連續(xù)內(nèi)存不夠新對象存放，就會觸發(fā)GC。

JVM堆內(nèi)存常用參數(shù)

參數(shù)	描述
-Xms	堆內(nèi)存初始大小，單位m、g
-Xmx（MaxHeapSize）	堆內(nèi)存最大允許大小，一般不要大于物理內(nèi)存的80%
-XX:PermSize	非堆內(nèi)存初始大小，一般應(yīng)用設(shè)置初始化200m，最大1024m就夠了
-XX:MaxPermSize	非堆內(nèi)存最大允許大小
-XX:NewSize（-Xns）	年輕代內(nèi)存初始大小
-XX:MaxNewSize（-Xmn）	年輕代內(nèi)存最大允許大小，也可以縮寫
-XX:SurvivorRatio=8	年輕代中Eden區(qū)與Survivor區(qū)的容量比例值，默認(rèn)為8，即8:1
-Xss	堆棧內(nèi)存大小

垃圾回收算法（GC，Garbage Collection）

紅色是標(biāo)記的非活動對象，綠色是活動對象。

標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）

GC分為兩個階段，標(biāo)記和清除。首先標(biāo)記所有可回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象。同時會產(chǎn)生不連續(xù)的內(nèi)存碎片。碎片過多會導(dǎo)致以后程序運(yùn)行時需要分配較大對象時，無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存，而不得已再次觸發(fā)GC。

復(fù)制（Copy）

將內(nèi)存按容量劃分為兩塊，每次只使用其中一塊。當(dāng)這一塊內(nèi)存用完了，就將存活的對象復(fù)制到另一塊上，然后再把已使用的內(nèi)存空間一次清理掉。這樣使得每次都是對半個內(nèi)存區(qū)回收，也不用考慮內(nèi)存碎片問題，簡單高效。缺點(diǎn)需要兩倍的內(nèi)存空間。

標(biāo)記-整理（Mark-Compact）

也分為兩個階段，首先標(biāo)記可回收的對象，再將存活的對象都向一端移動，然后清理掉邊界以外的內(nèi)存。此方法避免標(biāo)記-清除算法的碎片問題，同時也避免了復(fù)制算法的空間問題。

一般年輕代中執(zhí)行GC后，會有少量的對象存活，就會選用復(fù)制算法，只要付出少量的存活對象復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因?yàn)閷ο蟠婊盥矢?，沒有額外過多內(nèi)存空間分配，就需要使用標(biāo)記-清理或者標(biāo)記-整理算法來進(jìn)行回收。

垃圾收集器

串行收集器（Serial）

比較老的收集器，單線程。收集時，必須暫停應(yīng)用的工作線程，直到收集結(jié)束。

并行收集器（Parallel）

多條垃圾收集線程并行工作，在多核CPU下效率更高，應(yīng)用線程仍然處于等待狀態(tài)。

CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）

CMS收集器是縮短暫停應(yīng)用時間為目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，是基于標(biāo)記-清除算法實(shí)現(xiàn)，整個過程分為4個步驟，包括：

初始標(biāo)記（Initial Mark）
并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Mark）
重新標(biāo)記（Remark）
并發(fā)清除（Concurrent Sweep）

其中，初始標(biāo)記、重新標(biāo)記這兩個步驟仍然需要暫停應(yīng)用線程。初始標(biāo)記只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對象，速度很快，并發(fā)標(biāo)記階段是標(biāo)記可回收對象，而重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動的那一部分對象的標(biāo)記記錄，這個階段暫停時間比初始標(biāo)記階段稍長一點(diǎn)，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記時間段。

由于整個過程中消耗最長的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過程收集器線程都可以與用戶線程一起工作，所以，CMS收集器內(nèi)存回收與用戶一起并發(fā)執(zhí)行的，大大減少了暫停時間。

G1收集器（Garbage First）

G1收集器將堆內(nèi)存劃分多個大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），并且能預(yù)測暫停時間，能預(yù)測原因它能避免對整個堆進(jìn)行全區(qū)收集。G1跟蹤各個Region里的垃圾堆積價值大?。ㄋ@得空間大小以及回收所需時間），在后臺維護(hù)一個優(yōu)先列表，每次根據(jù)允許的收集時間，優(yōu)先回收價值最大的Region，從而保證了再有限時間內(nèi)獲得更高的收集效率。

G1收集器工作工程分為4個步驟，包括：

初始標(biāo)記（Initial Mark）
并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Mark）
最終標(biāo)記（Final Mark）
篩選回收（Live Data Counting and Evacuation）

初始標(biāo)記與CMS一樣，標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對象。并發(fā)標(biāo)記從GC Root開始標(biāo)記存活對象，這個階段耗時比較長，但也可以與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行。而最終標(biāo)記也是為了修正在并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變化的那一部分標(biāo)記記錄。最后在篩選回收階段對各個Region回收價值和成本進(jìn)行排序，根據(jù)用戶所期望的GC暫停時間來執(zhí)行回收。

垃圾收集器參數(shù)

參數(shù)	描述
-XX:+UseSerialGC	串行收集器
-XX:+UseParallelGC	并行收集器
-XX:+UseParallelGCThreads=8	并行收集器線程數(shù)，同時有多少個線程進(jìn)行垃圾回收，一般與CPU數(shù)量相等
-XX:+UseParallelOldGC	指定老年代為并行收集
-XX:+UseConcMarkSweepGC	CMS收集器（并發(fā)收集器）
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection	開啟內(nèi)存空間壓縮和整理，防止過多內(nèi)存碎片
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0	表示多少次Full GC后開始壓縮和整理，0表示每次Full GC后立即執(zhí)行壓縮和整理
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80%	表示老年代內(nèi)存空間使用80%時開始執(zhí)行CMS收集，防止過多的Full GC
-XX:+UseG1GC	G1收集器
-XX:MaxTenuringThreshold=0	在年輕代經(jīng)過幾次GC后還存活，就進(jìn)入老年代，0表示直接進(jìn)入老年代

為什么會堆內(nèi)存溢出？

在年輕代中經(jīng)過GC后還存活的對象會被復(fù)制到老年代中。當(dāng)老年代空間不足時，JVM會對老年代進(jìn)行完全的垃圾回收（Full GC）。如果GC后，還是無法存放從Survivor區(qū)復(fù)制過來的對象，就會出現(xiàn)OOM（Out of Memory）。

OOM（Out of Memory）異常常見有以下幾個原因：

1）老年代內(nèi)存不足：java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace
2）永久代內(nèi)存不足：java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace
3）代碼bug，占用內(nèi)存無法及時回收。

OOM在這幾個內(nèi)存區(qū)都有可能出現(xiàn)，實(shí)際遇到OOM時，能根據(jù)異常信息定位到哪個區(qū)的內(nèi)存溢出。

可以通過添加個參數(shù)-XX:+HeapDumpOnOutMemoryError，讓虛擬機(jī)在出現(xiàn)內(nèi)存溢出異常時Dump出當(dāng)前的內(nèi)存堆轉(zhuǎn)儲快照以便事后分析。

熟悉了JAVA內(nèi)存管理機(jī)制及配置參數(shù)，下面是對JAVA應(yīng)用啟動選項(xiàng)調(diào)優(yōu)配置：

JAVA_OPTS="-server -Xms512m -Xmx2g -XX:+UseG1GC -XX:SurvivorRatio=6 -XX:MaxGCPauseMillis=400 -XX:G1ReservePercent=15 -XX:ParallelGCThreads=4 -XX:
ConcGCThreads=1 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=40 -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -Xloggc:../logs/gc.log"