一、概念

1.1 简介

对于Java应用程序来说， Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。 Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例， Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。“几乎”是指从实现角度来看，随着Java语言的发展，现在已经能看到些许迹象表明日后可能出现值类型的支持，即使只考虑现在，由于即时编译技术的进步，尤其是逃逸分析技术的日渐强大，栈上分配、标量替换优化手段已经导致一些微妙的变化悄然发生，所以说Java对象实例都分配在堆上也渐渐变得不是那么绝对了。

Java 堆从 GC 的角度还可以细分为: 新生代(Eden 区、 From Survivor 区和 To Survivor 区)和老年
代。

1.2 特点

是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。
堆是jvm所有线程共享的。
堆中也包含私有的线程缓冲区 Thread Local Allocation Buffer (TLAB)
在虚拟机启动的时候创建。
唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都要在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。
因此很多时候java堆也被称为“GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收的角度来看，由于现在收集器，基本都采用分代收集算法，所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代；新生代又可以分为：Eden 空间、From Survivor空间、To Survivor空间。
java堆是计算机物理存储上不连续的、逻辑上是连续的，也是大小可调节的（通过-Xms和-Xmx控制）。
方法结束后,堆中对象不会马上移出仅仅在垃圾回收的时候时候才移除。
如果在堆中没有内存完成实例的分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

二、设置堆空间大小

Xmx20m -Xms5m -XX:+PrintGCDetails

测试：

package com.study.jvm.heap;

public class HeapDemo {

    public static void main(String[] args) {
        byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 13];
        System.out.println("MaxMemory:" +  Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 /1024 + "m");
        System.out.println("FreeMemory:" +  Runtime.getRuntime().freeMemory() / 1024 /1024 + "m");
        System.out.println("TotalMemory:" +  Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 /1024 + "m");
    }
}

运行结果：

MaxMemory:18m
FreeMemory:2m
TotalMemory:5m

大家可以发现，这里打印出来的Xmx值和设置的值之间是有差异的，total Memory和最大的内存之间还是存在一定差异的，就是说JVM一般会尽量保持内存在一个尽可能低的层面，而非贪婪做法按照最大的内存来进行分配。

byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 13];

在申请分配了13m内存空间之后，total memory上升了，同时可用的内存也上升了，可以发现其实JVM在分配内存过程中是动态的，按需来分配的。

三、堆的分类

现在垃圾回收器都使用分代理论,堆空间也分类如下:
在Java7 Hotspot虚拟机中将Java堆内存分为3个部分：

青年代Young Generation
老年代Old Generation
永久代Permanent Generation

在Java8以后，由于方法区的内存不在分配在Java堆上，而是存储于本地内存元空间Metaspace中，所以永久代就不存在了，在几天前(2018年9约25日)Java11正式发布以后，我从官网上找到了关于Java11中垃圾收集器的官方文档，文档中没有提到“永久代”，而只有青年代和老年代。

3.1 老年代和年轻代

3.1.1 JVM中存储java对象可以被分为两类:

年轻代(Young Gen)：年轻代主要存放新创建的对象，内存大小相对会比较小，垃圾回收会比较频繁。年轻代分成1个Eden Space和2个Suvivor Space（from 和to）。
年老代(Tenured Gen)：年老代主要存放JVM认为生命周期比较长的对象（经过几次的Young Gen的垃圾回收后仍然存在），内存大小相对会比较大，垃圾回收也相对没有那么频繁。

3.1.2 配置新生代和老年代堆结构占比

默认 -XX:NewRatio=2 , 标识新生代占1 , 老年代占2 ,新生代占整个堆的1/3。
修改占比 -XX:NewPatio=4 , 标识新生代占1 , 老年代占4 , 新生代占整个堆的1/5。
Eden空间和另外两个Survivor空间占比分别为8:1:1。
可以通过操作选项 -XX:SurvivorRatio 调整这个空间比例。比如 -XX:SurvivorRatio=8。
几乎所有的java对象都在Eden区创建, 但80%的对象生命周期都很短,创建出来就会被销毁。

从图中可以看出： 堆大小 = 新生代 + 老年代。其中，堆的大小可以通过参数 –Xms、-Xmx 来指定。

默认的，新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定 )，即：新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空间大小。老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空间大小。其中，新生代 ( Young ) 被细分为 Eden 和两个Survivor 区域，这两个 Survivor 区域分别被命名为 from 和 to，以示区分。默认的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 )，即： Eden = 8/10 的新生代空间大小，from = to = 1/10 的新生代空间大小。
JVM 每次只会使用 Eden 和其中的一块 Survivor 区域来为对象服务，所以无论什么时候，总是有一块 Survivor 区域是空闲着的。因此，新生代实际可用的内存空间为 9/10 ( 即90% )的新生代空间。

3.1.3 对象分配过程

JVM设计者不仅需要考虑到内存如何分配，在哪里分配等问题，并且由于内存分配算法与内存回收算法密切相关。
因此还需要考虑GC执行完内存回收后是否存在空间中间产生内存碎片。

分配过程

new的对象先放在伊甸园区。该区域有大小限制
当伊甸园区域填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园预期进行垃圾回收（Minor GC）,将伊甸园区域中不再被其他对象引用的对象进行销毁，再加载新的对象放到伊甸园区
然后将伊甸园区中的剩余对象移动到幸存者0区
如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放在幸存者0区的，如果没有回收，就会放到幸存者1区
如果再次经历垃圾回收，此时会重新返回幸存者0区，接着再去幸存者1区。
如果累计次数到达默认的15次，这会进入养老区。可以通过设置参数，调整阈值

-XX:MaxTenuringThreshold=N

养老区内存不足,会再次出发GC:Major GC 进行养老区的内存清理
如果养老区执行了Major GC后仍然没有办法进行对象的保存,就会报OOM异常.

分配流程图解：

四、堆GC

Java 中的堆也是 GC 收集垃圾的主要区域。GC 分为两种：一种是部分收集器（Partial GC）另一类是整堆收集器（Fu'll GC）

部分收集器: 不是完整收集java堆的的收集器,它又分为:

新生代收集（Minor GC / Young GC）: 只是新生代的垃圾收集
老年代收集（Major GC / Old GC）: 只是老年代的垃圾收集 (CMS GC 单独回收老年代)
混合收集（Mixed GC）:收集整个新生代及老年代的垃圾收集 (G1 GC会混合回收, region区域回收)

整堆收集（Full GC）:收集整个java堆和方法区的垃圾收集器

4.1 年轻代GC触发条件:

年轻代空间不足,就会触发Minor GC，这里年轻代指的是Eden代满，Survivor不满不会引发GC
Minor GC会引发STW(stop the world) ,暂停其他用户的线程,等垃圾回收接收,用户的线程才恢复

4.2 老年代GC (Major GC)触发机制:

老年代空间不足时,会尝试触发MinorGC. 如果空间还是不足,则触发Major GC
如果Major GC , 内存仍然不足,则报错OOM
Major GC的速度比Minor GC慢10倍以上

4.3 FullGC 触发机制:

调用System.gc() , 系统会执行Full GC ,不是立即执行.
老年代空间不足
方法区空间不足
通过Minor GC进入老年代平均大小大于老年代可用内存

JAVA基础（七、JVM运行内存-堆 ）