JVM源码分析之堆内存的初始化

前言

《Java GC的那些事》一文中说过:Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,所有对象和数组都在堆上进行内存分配。为了进行高效的垃圾回收,虚拟机把堆内存划分成新生代、老年代和永久代(1.8中无永久代,使用metaspace实现)三块区域。

堆初始化

Java堆的初始化入口位于Universe::initialize_heap方法中,实现如下:

其中UseParallelGC、UseG1GC、UseConcMarkSweepGC都可以通过启动参数进行设置,整个初始化过程分成三步:
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策略实现如下:

其中MarkSweepPolicy是基于标记-清除思想的GC策略,如果虚拟机启动参数没有指定GC算法,则使用默认使用UseSerialGC,以ASConcurrentMarkSweepPolicy策略为例,对GC策略的初始化过程进行分析:

调用父类ConcurrentMarkSweepPolicy构造方法,其中initialize_all定义在GenCollectorPolicy中,实现如下:

initialize_flags

负责对新生代、老年代以及永久代设置的内存大小进行对齐调整。

1、调整永久代

CollectorPolicy::initialize_flags实现,永久代的初始值默认为4M,最大值为64M,可以通过参数-XX:PermSize-XX:MaxPermSize进行重新设置。

2、调整新生代

GenCollectorPolicy::initialize_flags实现:
1、新生代的初始值NewSize默认为1M,最大值需要设置,可以通过参数-XX:NewSize-XX:MaxNewSize-Xmn进行设置;
2、NewRatio为老年代与新生代的大小比值,默认为2;
3、SurvivorRatio为新生代中Eden和Survivor的大小比值,默认为8;

3、调整老年代

TwoGenerationCollectorPolicy::initialize_flags实现
1、老年代的初始值OldSize默认为4M,可以通过参数-XX:OldSize进行设置;
2、最大堆大小MaxHeapSize默认为96M,可以通过参数-Xmx进行设置;
3、如果设置的新生代和老年代的内存容量大于MaxHeapSize,则重新设置MaxHeapSize;

initialize_size_info

设置新生代、老年代以及永久代的容量,包括初始值、最小值和最大值

设置堆容量

其中InitialHeapSizeArguments::min_heap_size()可以通过参数-Xms进行设置。
1、设置初始堆容量_initial_heap_byte_size
2、设置最小堆容量_min_heap_byte_size
3、设置最大堆容量_max_heap_byte_size

设置新生代

1、如果MaxNewSize重新设置过,即设置-Xmn参数,则根据不同情况设置max_new_size
2、否则通过scale_by_NewRatio_aligned方法根据NewRatio_max_heap_byte_size重新计算max_new_size值,其中NewRatio默认为2,表示新生代的大小占整个堆的1/3;

3、如果最大堆_max_heap_byte_size等于最小堆_min_heap_byte_size,则设置新生代的初始值、最小值和最大值为max_new_size,否则执行步骤4;

4、如果NewSize重新设置过,即设置了-Xmn参数,则使用NewSize设置_min_gen0_size,否则使用scale_by_NewRatio_aligned方法重新计算新生代最小值和初始值,实现如下:

设置老年代

1、如果参数没有设置OldSize,则使用min_heap_byte_size() - min_gen0_size(),即最小堆大小和新生代最小值之差设置老年代最小值,初始值类似;
2、否则根据设置的OldSize,通过adjust_gen0_sizes方法重新设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个内存代的初始值和最大值,新生代和老年代通过GenerationSpec实现,永久代通过PermanentGenerationSpec实现。

GenerationSpec实现

每个生成器GenerationSpec实例保存当前分代的GC算法、内存的初始值和最大值。

PermanentGenerationSpec实现

除了GenerationSpec实例中的数据,如果设置UseSharedSpacesDumpSharedSpaces,还需要保存额外的数据。

ConcurrentMarkSweepPolicy::initialize_generations方法实现了分代生成器的初始化,实现如下:

创建新生代、老年代和永久代对应的生成器实例。

初始化Java堆管理器

GenCollectedHeap是整个Java堆的管理器,负责Java对象的内存分配和垃圾对象的回收,通过initialize方法进行初始化,实现如下:

1、通过GC策略的number_of_generations方法获取分代数量,如果使用ASConcurrentMarkSweepPolicy,默认分代数为2;
2、通过align方法对齐生成器的初始值和最大值(为什么需要一直对齐,我觉得前面初始化GC策略的时候已经对齐很多次了);

3、通过allocate为堆申请空间;

4、通过分代生成器的init方法为对应的分代分配内存空间;

5、如果当前的GC策略为ConcurrentMarkSweepPolicy,则通过create_cms_collector创建GC线程。



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