Java 内存模型与 JVM 调优：堆、栈与 GC 参数怎么配

学完这篇，你能分清 JVM 里堆、栈、方法区各自装什么，并拿到一套可以直接抄改的内存与 GC 参数模板。

第一步：先把运行时数据区对号入座

调优调错地方的根源，往往是没分清这几个区：

• 堆（Heap）：线程共享，存对象实例和数组，是 GC 主战场。参数 `-Xms`（初始）、`-Xmx`（最大）。
• 虚拟机栈：线程私有，每个方法调用压一个栈帧，放局部变量表、操作数栈、返回地址。深度由 `-Xss` 决定。
• 方法区 / 元空间：JDK 8 起改用本地内存，存类元信息、运行时常量池。参数 `-XX:MetaspaceSize`、`-XX:MaxMetaspaceSize`。
• 程序计数器：线程私有，记录当前字节码行号，是唯一不会 OOM 的区域。
• 本地方法栈：给 native 方法用。

注意：JDK 8 之后没有永久代（PermGen），继续写 `-XX:PermSize`、`-XX:MaxPermSize` 不会生效，JDK 9+ 甚至直接启动报错，要改用 `-XX:MetaspaceSize`。

第二步：搞清对象在堆里的流转路径

新对象先在 Eden 分配（走 TLAB 快速分配）；Minor GC 后存活对象进 Survivor，年龄 +1；年龄到 `-XX:MaxTenuringThreshold`（默认 15），或者 Survivor 中同年龄对象总和超过 `-XX:TargetSurvivorRatio`（默认 50%），就晋升老年代。超大对象直接进老年代，门槛是 `-XX:PretenureSizeThreshold`（单位字节，只对 Serial / ParNew 有效）。

理解这条路径，你才知道为什么"老年代涨得快"通常意味着新生代太小或对象晋升太早，而不是该去调老年代。

第三步：栈参数怎么定

`-Xss` 决定单线程栈大小，Linux x64 默认约 1M。经验公式：最大线程数 ≈ 可用内存 / Xss。

• 递归深、栈帧大 → 适当调大，如 `-Xss1m` 或 `-Xss2m`；
• 需要开几千个线程 → 调小到 `-Xss256k` 或 `-Xss512k`。

注意：`-Xss` 调太小会让正常递归提前抛 `StackOverflowError`；调太大则在创建大量线程时更容易抛 `OutOfMemoryError: unable to create native thread`——这个错误不是堆不够，别去加 `-Xmx`。

第四步：堆参数这样配

核心三条原则：

1. `-Xms` 和 `-Xmx` 设成同一个值，避免运行期反复扩容收缩带来的抖动。
2. 新生代显式指定：`-Xmn` 直接给大小，或用 `-XX:NewRatio=2`（老年代:新生代 = 2:1）。
3. `-XX:SurvivorRatio=8` 表示 Eden:S0:S1 = 8:1:1，一般不用改。

新生代占堆比例的经验值：低延迟 Web 服务取 1/2 左右，批处理/吞吐型取 1/3。

一份 4G 堆的模板：

java -Xms4g -Xmx4g -Xmn1536m -Xss512k \
     -XX:MetaspaceSize=256m -XX:MaxMetaspaceSize=256m \
     -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/data/dump \
     -jar app.jar

第五步：挑一个匹配场景的回收器

常用细化参数：

• Parallel：`-XX:MaxGCPauseMillis=200`、`-XX:GCTimeRatio=99`
• CMS：`-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly`（防碎片可加 `-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection`）
• G1：`-XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:G1HeapRegionSize=16m -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45`

注意：别迷信"越新越好"。堆小于 4G 的普通服务，Parallel 的吞吐经常比 G1 更好；CMS 在 JDK 9 已废弃、JDK 14 移除，新项目不要选。

第六步：打开 GC 日志，用数据说话

JDK 8：

-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/var/log/gc.log \
-XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=5 -XX:GCLogFileSize=20M

JDK 9+：

-Xlog:gc*,gc+heap=info:file=/var/log/gc.log:time,uptime,level,tags:filecount=5,filesize=20M

日志重点看四件事：Minor GC 频率、单次停顿毫秒数、Full GC 次数是否持续增长、老年代回收后残留是否越来越高（后者是内存泄漏信号）。

排查工具：

jstat -gcutil <pid> 1000        # 各区使用率与 GC 次数
jmap -histo:live <pid> | head -30   # 对象占用排行
jstack <pid> > stack.txt        # 线程栈，查死锁/卡顿

注意：`jmap -dump:live` 会触发一次 STW，大堆生产环境慎用。更稳妥的做法是提前挂上 `-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`，让 JVM 在 OOM 时自动落盘。

第七步：容器里别让 JVM 看错内存

JDK 8u191+ 默认开启 `UseContainerSupport`，容器内建议别再硬编码 `-Xmx`：

-XX:MaxRAMPercentage=70.0 -XX:InitialRAMPercentage=70.0

更早的 JDK 8 版本需要 `-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap`，否则 JVM 会读到宿主机总内存，直接把容器撑爆 OOMKilled。

注意：堆只占进程内存的一部分，元空间、线程栈、直接内存、JVM 自身开销都要留出空间，`MaxRAMPercentage` 给 70% 左右比较安全，别给到 90%。

小结

• 堆存对象、栈存方法调用、元空间存类信息，`-Xss` 管栈、`-Xms/-Xmx` 管堆、`MetaspaceSize` 管元空间，别串台。
• `-Xms = -Xmx`，新生代显式指定，`SurvivorRatio` 默认即可。
• 回收器按场景选：批处理 Parallel，Web 低延迟 G1 或 ZGC，老项目 CMS 只做维护。
• 先开 GC 日志 + `jstat` 观察，再动参数；不观测就调参等于蒙。
• 容器环境用 `MaxRAMPercentage`，并给非堆内存留 30% 余量。