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深入理解Java之JVM堆內存分配
Java堆是被所有線程共享的一塊內存區域，所有對象和數組都在堆上進行內存分配。為了進行高效的垃圾回收，虛擬機把堆內存劃分成新生代、老年代和永久代（1.8中無永久代，使用metaspace實現）三塊區域。
Java把內存分成兩種：棧內存和堆內存。關於堆內存和棧內存的區別與聯係。簡單的來講，堆內存用於存放由new創建的對象和數組，在堆中分配的內存，由java虛擬機自動垃圾回收器來管理。而棧內存由使用的人向係統申請，申請人進行管理。
堆內存初始化
Java中分配堆內存是自動初始化的，其入口位於Universe::initialize_heap方法中，相關代碼如下：
其中UseParallelGC、UseG1GC、UseConcMarkSweepGC都可以通過啟動參數進行設置，整個初始化過程分成三步：
1、初始化GC策略；
2、初始化分代生成器；
3、初始化Java堆管理器；
GC策略初始化
HotSpot的GC策略實現如下：
其中MarkSweepPolicy是基於標記-清除思想的GC策略，如果虛擬機啟動參數沒有指定GC算法，則使用默認使用UseSerialGC，以ASConcurrentMarkSweepPolicy策略為例，對GC策略的初始化過程進行分析：
調用父類ConcurrentMarkSweepPolicy構造方法，其中initialize_all定義在GenCollectorPolicy中，相關代碼如下：
initialize_flags
負責對新生代、老年代以及永久代設置的內存大小進行調整。
調整永久代
由CollectorPolicy::initialize_flags實現，永久代的初始值默認為4M，最大值為64M，可以通過參數-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize進行重新設置。代碼如下：
調整新生代
由GenCollectorPolicy::initialize_flags實現：
1、新生代的初始值NewSize默認為1M，最大值需要設置，可以通過參數-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize或-Xmn進行設置；
2、NewRatio為老年代與新生代的大小比值，默認為2；
3、SurvivorRatio為新生代中Eden和Survivor的大小比值，默認為8；
調整老年代
由TwoGenerationCollectorPolicy::initialize_flags實現
1、老年代的初始值OldSize默認為4M，可以通過參數-XX:OldSize進行設置；
2、最大堆大小MaxHeapSize默認為96M，可以通過參數-Xmx進行設置；
3、如果設置的新生代和老年代的內存容量大於MaxHeapSize，則重新設置MaxHeapSize；
initialize_size_info
設置新生代、老年代以及永久代的容量，包括初始值、最小值和最大值
設置堆容量
其中InitialHeapSize和Arguments::min_heap_size()可以通過參數-Xms進行設置。
1、設置初始堆容量_initial_heap_byte_size；
2、設置最小堆容量_min_heap_byte_size；
3、設置最大堆容量_max_heap_byte_size；
相關代碼如下：
設置新生代
1、如果MaxNewSize重新設置過，即設置-Xmn參數，則根據不同情況設置max_new_size；
2、否則通過scale_by_NewRatio_aligned方法根據NewRatio和_max_heap_byte_size重新計算max_new_size值，其中NewRatio默認為2，表示新生代的大小占整個堆的1/3；
3、如果最大堆_max_heap_byte_size等於最小堆_min_heap_byte_size，則設置新生代的初始值、最小值和最大值為max_new_size，否則執行下一步。
4、如果NewSize重新設置過，即設置了-Xmn參數，則使用NewSize設置_min_gen0_size，否則使用scale_by_NewRatio_aligned方法重新計算新生代最小值和初始值，實現如下：
設置老年代
1、如果參數沒有設置OldSize，則使用min_heap_byte_size() - min_gen0_size()，即最小堆大小和新生代最小值之差設置老年代最小值，初始值類似；
2、否則根據設置的OldSize，通過adjust_gen0_sizes方法重新設置新生代的最小值和初始值；
初始化分代生成器
分代生成器保存了各個內存代的初始值和最大值，新生代和老年代通過GenerationSpec實現，永久代通過PermanentGenerationSpec實現。
GenerationSpec
每個生成器GenerationSpec實例保存當前分代的GC算法、內存的初始值和最大值。
PermanentGenerationSpec
除了GenerationSpec實例中的數據，如果設置UseSharedSpaces和DumpSharedSpaces，還需要保存額外的數據。ConcurrentMarkSweepPolicy::initialize_generations方法實現了分代生成器的初始化，實現如下：
初始化Java堆管理器
GenCollectedHeap是整個Java堆的管理器，負責Java對象的內存分配和垃圾對象的回收，通過initialize方法進行初始化，相關代碼如下：
1、通過GC策略的number_of_generations方法獲取分代數量，如果使用ASConcurrentMarkSweepPolicy，默認分代數為2；
2、通過align方法對齊生成器的初始值和最大值；
3、通過allocate為堆申請空間；
4、通過分代生成器的init方法為對應的分代分配內存空間；
5、如果當前的GC策略為ConcurrentMarkSweepPolicy，則通過create_cms_collector創建GC線程。
到此，JVM堆內存的完整分配流程就分析完了。
最後更新：2017-04-24 08:50:24