元空间和直接内存_一文让你搞懂JVM内存管理（上）-程序员宅基地
技术标签： 元空间和直接内存
我将分上下两节来带大家了解JVM的内存管理机制
只要是Java程序员估计都体验过程序中的内存泄漏和OOM异常吧。为了剖析这类问题，理解JVM内存及其管理的内容和方式是极其重要的。
JVM的一大优点是内存的自动管理。
什么是内存管理
内存管理就是一种管理对象的分配和回收的机制。JVM内的这种自动内存管理是由一个名为垃圾回收器(Garbage Collector)的系统执行的。
自动内存管理是如何工作的
JVM中有一种数据结构叫做堆(heap)，为了便于理解，我们可以把它想象成一块矩形的区域。
在程序的运行过程中，已经被实例化的对象实际上就是分配的连续的空间块。随着越来越多的对象被实例化，堆中越来越多的空间就被分配出去，不加控制的话，堆最终会被填满。还有一些对象是堆外部的，在Java应用程序的执行状态中使用，例如分配给静态变量、Java线程、JNI引用的空间以及其他JVM内部结构。这些引用的集合被称为根集合(Root Set)。
显然，从Root Set可直接访问的对象(用蓝色突出显示)必须保存在堆中，因为程序的执行状态可以通过Root Set访问它们。引用那些可直接访问对象的对象也应该保存在堆中，这也是有意义的，因为这些对象也可以从根集访问。
上图中，所有标蓝色的对象都可以通过Root Set直接或者间接访问，因此这些对象被认为是活的，不应该从堆中移除。通过遍历Root Set不能到达的其他对象是不需要的，因此垃圾回收器(Garbage Collector)将删除这些对象，并回收它们所占用的空间。
然后，存活的对象会被移动到堆的一边，在堆的另一边留下连续的空闲空间。这个过程被称为压缩(Compaction)。
JVM堆内存
JVM中的堆内存根据对象的年龄主要分为三代(直到Java 7)：
- 1.年轻代(Young Generation)- 所有新创建的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的回收掉那些生命周期短的对象，该区域的回收频率较高。
- 2.年老代(Old Generation)- 在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，会被放到年老代中。因此可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。该区域的回收频率较低，填充速度相对较慢。
- 3.永久代(Permanent Generation)- 包含JVM需要的Java类和方法的元数据。
每一代都持有不同年龄范围的对象。每当垃圾回收器扫过空间时，年轻代中每个对象的年龄都会增加。年龄达到预定义阈值的对象会被复制到年老代。
年轻代由伊甸园(Eden)区和两个幸存者(Survivor)区组成。之所以叫Eden，是因为大多数对象都是在这个区域生成的，就像圣经中人类的祖先亚当和夏娃最初居住的地方。当Eden区满时，幸存下来的对象会被复制到其中一个Survivor区。
任何时候，Survivor区总有一个是空的，它将作为下一次发生Minor GC(或者叫Young GC)时任何存活对象的目的地。从年轻代区(包括 Eden 和 Survivor 区域)回收内存被称为 Minor GC。另外一个Survivor区包含从上一次GC中存活下来但年龄太小而不足以被提升到年老代区的对象。对象就是通过这种方式在Survivor区之间被复制，直到它们的年龄大到足够可以被复制到年老代区。对象是在年轻代中被分配的，当它的年龄越来越大并超过了预定义的阈值时，也就意味着对象经历了几次GC后存活了下来，然后被复制到年老代。
当年轻代区满了后就会触发Minor GC，这里的年轻代满了指的是Eden区满了，Survivor满了不会触发GC。Minor GC会从年轻代空间回收内存。因为年轻代空间通常较小，所以Minor GC回收速度比较快，频率也比较高。
当年老代满了时，JVM会启动Full GC(也称作Major GC)，回收整个堆内存。Full GC的持续时间比Minor GC长很多，因为它需要遍历整个堆中的所有对象。
在Java 8之前，还有一个叫做永久代(Permanent Generation)的区。在JVM的运行过程中，它主要存放Java类的静态信息、Main方法信息、常量信息、静态方法、变量信息，共享变量等等。JVM使用Java类及其元数据的内部表征，比如：
- 方法和字段的符号引用(Symbols)
- 方法的字节码
- 静态字段值等等
在Java 8之前的Java版本中，类及其元数据被存储在永久代中。永久代的空间是一片连续的堆空间。从JDK8开始，JVM废弃了永久代，使用一个被称为Metaspace的新的空间。移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代。另外随着动态类加载的情况越来越多，这块内存变得不太可控，如果设置小了，系统运行过程中就容易出现内存溢出，设置大了又会浪费内存。
类及其元数据存储在这个新的空间中。与永久代不同，Metaspace在Java堆中是不连续的。Metaspace最重要的一点是它是使用本机内存分配的，因此对Metaspace来说可用的内存就是整个系统的内存。当然，我们仍然可以使用JVM选项-XX:MaxMetaspaceSize来控制它，这样就不会允许单个JVM进程中的类意外地耗尽整个系统的内存。
如果使用了UseCompressedOops和UseCompressedClassesPointers这两个JVM选项，类的元数据在逻辑上就会被存储在本机内存的两个不同区域中。这两个区域分别是Compressed Class Space和不包含Compressed Class Space的Metaspace area。Compressed Class Space的大小可以通过CompressedClassSpaceSize设置，默认情况下为1 GB。
MaxMetaspaceSize=Compressed Class Space Size + Metaspace area (excluding the Compressed Class Space) Size
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