JVM之内存分配与回收策略

starlin 719 2018-09-01

对象的内存分配，简单点来说就是往堆上分配，对象主要分配在新生代的Eden区上，少数情况下也可能直接分配在老年代中，分配的规则并不是百分之百的固定，其细节取决于当前使用的是哪一种垃圾收集器组合，还有虚拟机中与内存相关的参数设置

对象优先在Eden分配

大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配，当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机会发起一次Minor GC。虚拟机提供了-XX:+PrintGCDetails这个收集器日志参数，告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志，并且在进程退出的时候输出当前的内存各区域分配情况。在实际应用中，内存回收日志一般是打印到文件后通过日志分析工具进行分析。

这里插一点MinorGC和FullGC的区别：

  • 新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快
  • 老年代GC（Major GC/Full GC）: 指发生在老年代的GC，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但非绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。

代码演示：

public class testAllocation {
    private static final int _1MB = 1024*1024;

    /**
     * 尝试分配3个2MB大小和1个4MB大小的对象，在运行时通过-Xms20M、-Xmx20M、-Xmn10M这3个参数限制了Java堆大小为20M，不可扩展，
     * 其中10M分配给新生代，剩下的10M分配给老年代
     * -XX:SurvivorRatio=8决定了新生代中Eden区与一个Survivor区的空间比例是8:1
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        byte[] allocation1,allocation2,allocation3,allocation4;
        allocation1 = new byte[2 * _1MB];
        allocation2 = new byte[2 * _1MB];
        allocation3 = new byte[2 * _1MB];
        allocation4 = new byte[4 * _1MB];
    }
}

输出结果：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 8149K->1023K(9216K)] 8149K->5489K(19456K), 0.0093218 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 9216K, used 7378K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 8192K, 77% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffc349c0,0x00000000ffe00000)
  from space 1024K, 99% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffefffc0,0x00000000fff00000)
  to   space 1024K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x0000000100000000)
 ParOldGen       total 10240K, used 4465K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  object space 10240K, 43% used [0x00000000fec00000,0x00000000ff05c5d8,0x00000000ff600000)
 Metaspace       used 3325K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 361K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

从输出结果也可以清晰地看到“eden space 8192K、from space 1024K、to space 1024K”，新生代总可用空间为9216KB（Eden区+1个Survivor区的总容量）

大对象直接进入老年代

所谓的大对象时指需要大量连续内存空间的Java对象，最典型的大对象就是那种很长的字符串以及数组。代码中经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就提前触发垃圾收集以获取足够的连续空间来“安置”。

虚拟机提供了一个-XX:PretenureSizeThreshold参数（该参数只对Serial和ParNew两款垃圾收集器有效，Paralle Scavenge收集器不认识这个参数，Parallel Scavenge收集器一般并不需要设置，如果遇到必须使用此参数的场合，可以考虑ParNew加CMS的收集器组合），令大于这个设置值的对象直接在老年代分配。这样做的目的是避免在Eden区及两个Survivor区之间发生大量的内存复制。

代码演示：

/**
 * vm参数：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -    XX:SurvivorRatio=8 -XX:PretenureSizeThreshold=3145728
 */
public class testPretenureSizeThreshold {
    private static final int _1MB = 1024*1024;

    public static void main(String[] args) {
        byte[] allocation;
        //直接分配到老年代
        allocation = new byte[4 * _1MB];
    }
}

运行结果：

Heap
 PSYoungGen      total 9216K, used 4904K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 8192K, 59% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffaca120,0x00000000ffe00000)
  from space 1024K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x0000000100000000)
  to   space 1024K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x00000000fff00000)
 ParOldGen       total 10240K, used 4096K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  object space 10240K, 40% used [0x00000000fec00000,0x00000000ff000010,0x00000000ff600000)
 Metaspace       used 3146K, capacity 4568K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 336K, capacity 392K, committed 512K, reserved 1048576K

长期存活的对象将直接进入老年代

既然虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存，那么内存回收时就必须能识别那些对象放在新生代，那些对象放在老年代。为了做到这一点，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计算器。如果对象在Eden区出生并经过一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并且对象年龄设为1。对象在Survivor区中每“熬过”一次Minor GC，年龄就增加1岁，当它的年龄增加到一定程度（默认15岁），就将会晋升到老年代中。对象晋升到老年代的阀值，可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold设置。

动态对象年龄判定

为了更好的适应不同的内存状况，虚拟机并不是永远的要求对象的年龄必须到了MaxTenuringThreshold才能晋升老年代，如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无法等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄

空间分配担保

在发生Minor GC前，虚拟机会先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间，如果这个条件成立，你们Minor GC可以确保是安全的。如果不成立，则虚拟机会查看HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。如果允许，那么会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，则尝试一次Minor GC，尽管这次Minor GC有风险；如果小于或者HandlePromotionFailure设置不允许冒险，那么这是就会进行一次Full GC。

需要注意的是：在JDK6 Update24之后，HandlePromotionFailure参数不再影响到虚拟机的空间分配担保策略，之后的规则变为只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小就会进行Minor GC，否则将进行Full GC

参考

深入理解Java虚拟机

# JVM