JVM内存管理与应用服务器的优化之SUN JVM内存管理(上)

作者：Jason S.H.Chen
名词解释：
JVM（Java Virtual Machine）：Java虚拟机，所有的Java程序都在Java虚拟机中运行。
元数据：在本文中指用于描述类和接口定义的数据。

在我做J2EE系统开发的工作生涯中，经常遇到技术人员或客户发出诸如此类的感慨：我的J2EE应用系统处理的数据量不大，系统体积也不大，技术架构也没有问题，我的应用服务器的内存有4G或8G；系统运行起来很慢，还经常出现内存溢出错误。真是无奈！每次遇到这样的情况，我心中都会忍不住窃笑之。

其实他们所遇到这种情况，不是技术架构上的问题，不是系统本身的问题，也不是应用服务器的问题，也可能不是服务器的内存资源真的不足的问题。他们花了很多时间在J2EE应用系统本身上找问题（当然一般情况下，这种做法是对的；当出现问题时，在自身上多找找有什么不足），结果还是解决不了问题。他们却忽略了很重要的一点：J2EE应用系统是运行在J2EE应用服务器上的，而J2EE应用服务器又是运行在JVM（Java Virtual Machine）上的。
其实在生产环境中JVM参数的优化和设置对J2EE应用系统性能有着决定性的作用。本篇我们就来分析JAVA的创建者SUN 公司的JVM的内存管理机制（在现实中绝大多数的应用服务器是运行在SUN公司的JVM上的，当然除了SUN公司的JVM，还有IBM的JVM，Bea的JVM等）；下篇咱们具体讲解怎样优化JVM的参数以达到优化J2EE应用的目的。
咱们先来看JVM的内存管理制吧，JVM的早期版本并没有进行分区管理；这样的后果是JVM进行垃圾回收时，不得不扫描JVM所管理的整片内存，所以搜集垃圾是很耗费资源的事情，也是早期JAVA程序的性能低下的主要原因。随着JVM的发展，JVM引进了分区管理的机制。
采用分区管理机制的JVM将JVM所管理的所有内存资源分为2个大的部分。永久存储区（Permanent Space）和堆空间（The Heap Space）。其中堆空间又分为新生区（Young (New) generation space）和养老区（Tenure (Old) generation space），新生区又分为伊甸园（Eden space），幸存者0区（Survivor 0 space）和幸存者1区（Survivor 1 space）。具体分区如下图：


 

那JVM他的这些分区各有什么用途，请看下面的解说。
永久存储区（Permanent Space）：永久存储区是JVM的驻留内存，用于存放JDK自身所携带的Class,Interface的元数据，应用服务器允许必须的Class,Interface的元数据和Java程序运行时需要的Class和Interface的元数据。被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM时，释放此区域所控制的内存。

堆空间（The Heap Space）：是JAVA对象生死存亡的地区，JAVA对象的出生，成长，死亡都在这个区域完成。堆空间又分别按JAVA对象的创建和年龄特征分为养老区和新生区。

新生区（Young (New) generation space）：新生区的作用包括JAVA对象的创建和从JAVA对象中筛选出能进入养老区的JAVA对象。

伊甸园（Eden space）：JAVA对空间中的所有对象在此出生，该区的名字因此而得名。也即是说当你的JAVA程序运行时，需要创建新的对象，JVM将在该区为你创建一个指定的对象供程序使用。创建对象的依据即是永久存储区中的元数据。

幸存者0区（Survivor 0 space）和幸存者1区（Survivor1 space）：当伊甸园的控件用完时，程序又需要创建对象；此时JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁工作。同时将伊甸园中的还有其他对象引用的对象移动到幸存者0区。幸存者0区就是用于存放伊甸园垃圾回收时所幸存下来的JAVA对象。当将伊甸园中的还有其他对象引用的对象移动到幸存者0区时，如果幸存者0区也没有空间来存放这些对象时，JVM的垃圾回收器将对幸存者0区进行垃圾回收处理，将幸存者0区中不在有其他对象引用的JAVA对象进行销毁，将幸存者0区中还有其他对象引用的对象移动到幸存者1区。幸存者1区的作用就是用于存放幸存者0区垃圾回收处理所幸存下来的JAVA对象。

养老区（Tenure (Old) generation space）：用于保存从新生区筛选出来的JAVA对象。
上面我们看了JVM的内存分区管理，现在我们来看JVM的垃圾回收工作是怎样运作的。首先当启动J2EE应用服务器时，JVM随之启动，并将JDK的类和接口，应用服务器运行时需要的类和接口以及J2EE应用的类和接口定义文件也及编译后的Class文件或JAR包中的Class文件装载到JVM的永久存储区。在伊甸园中创建JVM，应用服务器运行时必须的JAVA对象，创建J2EE应用启动时必须创建的JAVA对象；J2EE应用启动完毕，可对外提供服务。
JVM在伊甸园区根据用户的每次请求创建相应的JAVA对象，当伊甸园的空间不足以用来创建新JAVA对象的时候，JVM的垃圾回收器执行对伊甸园区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并将那些被其他对象所引用的JAVA对象移动到幸存者0区。
如果幸存者0区有足够控件存放则直接放到幸存者0区；如果幸存者0区没有足够空间存放，则JVM的垃圾回收器执行对幸存者0区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并将那些被其他对象所引用的JAVA对象移动到幸存者1区。
如果幸存者1区有足够控件存放则直接放到幸存者1区；如果幸存者1区没有足够空间存放，则JVM的垃圾回收器执行对幸存者1区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并将那些被其他对象所引用的JAVA对象移动到养老区。
如果养老区有足够控件存放则直接放到养老区；如果养老区没有足够空间存放，则JVM的垃圾回收器执行对养老区区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并保留那些被其他对象所引用的JAVA对象。如果到最后养老区，幸存者1区，幸存者0区和伊甸园区都没有空间的话，则JVM会报告“JVM堆空间溢出（java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space）”，也即是在堆空间没有空间来创建对象。
这就是JVM的内存分区管理，相比不分区来说；一般情况下，垃圾回收的速度要快很多；因为在没有必要的时候不用扫描整片内存而节省了大量时间。
通常大家还会遇到另外一种内存溢出错误“永久存储区溢出（java.lang.OutOfMemoryError: Java Permanent Space）”。
好，本篇对SUN 的JVM内存管理机制讲解就到此为止，下一篇我们将详细讲解怎样优化SUN 的JVM让我们的J2EE系统运行更快，不出现内存溢出等问题。