JVM之堆（Heap）

一、堆的核心特性

1. 唯一性与共享性
   每个JVM实例仅有一个堆，所有线程共享，但可通过线程私有缓冲区（TLAB）减少多线程分配冲突。
2. 内存结构演变
   • JDK 7及之前：堆分为新生代（Young）、老年代（Old）、永久代（Perm）。
   • JDK 8及之后：永久代被元空间（Metaspace）取代，元空间使用本地内存，不再受堆大小限制。
   • 新生代细分：Eden区 + 两个Survivor区（S0/S1），默认比例8:1:1。

二、对象分配与回收机制

1. 对象分配策略

   • 优先Eden分配：新对象默认在Eden区分配，空间不足触发Minor GC。
   • 大对象直接晋升：通过-XX:PretenureSizeThreshold设置，大对象直接进入老年代，避免频繁复制。
   • 年龄阈值晋升：Survivor区对象经历-XX:MaxTenuringThreshold（默认15次）Minor GC后晋升至老年代。
   • 动态年龄判定：若Survivor区某年龄对象总和超过其50%，则该年龄及以上对象直接晋升。

2. 垃圾回收类型

   类型	作用区域	触发条件	算法
   Minor GC	新生代	Eden区满	复制算法
   Major GC	老年代	老年代空间不足	标记-清除-整理
   Full GC	整堆（含元空间）	晋升失败/元空间溢出	标记-清除-整理

   Minor GC最频繁，Full GC导致最长STW（Stop-The-World）停顿。

三、关键参数配置

1. 堆大小设置
   • -Xms：初始堆大小（默认物理内存/64）
   • -Xmx：最大堆大小（默认物理内存/4）
     建议：-Xms=-Xmx避免扩容开销。
2. 分代比例调整
   • -XX:NewRatio：新生代与老年代比例（如4表示1:4）。
   • -XX:SurvivorRatio：Eden与Survivor比例（如8表示8:1:1）。
3. 元空间管理
   • -XX:MetaspaceSize：初始元空间大小
   • -XX:MaxMetaspaceSize：元空间上限（默认不限制）。

四、优化与问题排查

1. 性能调优策略
   • 逃逸分析：JIT编译器识别未逃逸出线程/方法的对象，支持栈上分配减少堆压力。
   • TLAB优化：线程预分配内存块（默认开启-XX:+UseTLAB），提升并发分配效率。
   • GC选择：根据场景选择收集器（如G1平衡吞吐与停顿，ZGC低延迟）。
2. 常见OOM类型与解决

   错误类型	原因	解决方案
   Java heap space	堆内存不足（泄漏或配置过小）	增大-Xmx，使用MAT分析堆转储
   Metaspace	元空间溢出（动态类加载过多）	增大-XX:MaxMetaspaceSize
   GC overhead limit exceeded	98%时间用于GC但回收<2%内存	检查内存泄漏，调整分代比例

五、工具与监控

• 实时监控：jstat -gcutil 查看GC统计，jmap -dump 生成堆快照。
• 深度分析：MAT（Eclipse Memory Analyzer）定位泄漏根源。
  通过合理配置堆参数、优化对象生命周期管理，可显著提升应用性能并避免内存问题。实际调优需结合监控数据与业务场景综合调整。