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JVM 新生代为何需要两个 Survivor 空间?

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我们知道,目前主流的虚拟机实现都采用了分代收集的思想,把整个堆区划分为新生代和老年代;新生代又被划分成 Eden 空间、 From Survivor 和 To Survivor 三块区域。

看书的时候有个疑问,为什么非得是两个 Survivor 空间呢?要回答这个问题,其实等价于:为什么不是0个或1个 Survivor 空间?为什么2个 Survivor 空间可以达到要求?

为什么不是0个 Survivor 空间?

这个问题等价于:为什么需要 Survivor 空间。我们看看如果没有 Survivor 空间的话,垃圾收集将会怎样进行:一遍新生代 gc 过后,不管三七二十一,活着的对象全部进入老年代,即便它在接下来的几次 gc 过程中极有可能被回收掉。这样的话老年代很快被填满, Full GC 的频率大大增加。我们知道,老年代一般都会被规划成比新生代大很多,对它进行垃圾收集会消耗比较长的时间;如果收集的频率又很快的话,那就更糟糕了。基于这种考虑,虚拟机引进了“幸存区”的概念:如果对象在某次新生代 gc 之后任然存活,让它暂时进入幸存区;以后每熬过一次 gc ,让对象的年龄+1,直到其年龄达到某个设定的值(比如15岁), JVM 认为它很有可能是个“老不死的”对象,再呆在幸存区没有必要(而且老是在两个幸存区之间反复地复制也需要消耗资源),才会把它转移到老年代。

总之,设置 Survivor 空间的目的是让那些中等寿命的对象尽量在 Minor GC 时被干掉,最终在总体上减少虚拟机的垃圾收集过程对用户程序的影响。

为什么不是1个 Survivor 空间?

回答这个问题有一个前提,就是新生代一般都采用复制算法进行垃圾收集。原始的复制算法是把一块内存一分为二, gc 时把存活的对象从一块空间(From space)复制到另外一块空间(To space),再把原先的那块内存(From space)清理干净,最后调换 From space 和 To space 的逻辑角色(这样下一次 gc 的时候还可以按这样的方式进行)。

我们知道,在 HotSpot 虚拟机里, Eden 空间和 Survivor 空间默认的比例是 8:1 。我们来看看在只有一个 Survivor 空间的情况下,这个 8:1 会有什么问题。此处为了方便说明,我们假设新生代一共为 9 MB 。对象优先在 Eden 区分配,当 Eden 空间满 8 MB 时,触发第一次 Minor GC 。比如说有 0.5 MB 的对象存活,那这 0.5 MB 的对象将由 Eden 区向 Survivor 区复制。这次 Minor GC 过后, Eden 区被清理干净, Survivor 区被占用了 0.5 MB ,还剩 0.5 MB 。到这里一切都很美好,但问题马上就来了:从现在开始所有对象将会在这剩下的 0.5 MB 的空间上被分配,很快就会发现空间不足,于是只好触发下一次 Minor GC 。可以看出在这种情况下,当 Survivor 空间作为对象“出生地”的时候,很容易触发 Minor GC ,这种 8:1 的不对称分配不但没能在总体上降低 Minor GC 的频率,还会把 gc 的时间间隔搞得很不平均。把 Eden : Survivor 设成 1 : 1 也一样,每当对象总大小满 5 MB 的时候都必须触发一次 Minor GC ,唯一的变化是 gc 的时间间隔相对平均了。

上面的论述都是以“新生代使用复制算法”这个既定事实作为前提来讨论的。如果不是这样,比如说新生代采用“标记-清除”或者“标记-整理”算法来实现幸存对象的移动,好像确实是只需要一个 Survivor 就够了。至于主流的虚拟机实现为什么不考虑采用这种方式,我也不是很清楚,或许有实现难度、内存碎片或者执行效率方面的考虑吧。

为什么2个 Survivor 空间可以达到要求?

问题很清楚了,无论 Eden 和 Survivor 的比例怎么设置,在只有一个 Survivor 的情况下,总体上看在新生代空间满一半的时候就会触发一次 Minor GC 。那有没有提升的空间呢?比如说永远在新生代空间满 80% 的时候才触发 Minor GC ?

事实上是可以做到的:我们可以设两个 Survivor 空间( From Survivor 和 To Survivor )。比如,我们把 Eden : From Survivor : To Survivor 空间大小设成 8 : 1 : 1 ,对象总是在 Eden 区出生, From Survivor 保存当前的幸存对象, To Survivor 为空。一次 gc 发生后:
1)Eden 区活着的对象 + From Survivor 存储的对象被复制到 To Survivor ;
2) 清空 Eden 和 From Survivor ;
3) 颠倒 From Survivor 和 To Survivor 的逻辑关系: From 变 To , To 变 From 。

可以看出,只有在 Eden 空间快满的时候才会触发 Minor GC 。而 Eden 空间占新生代的绝大部分,所以 Minor GC 的频率得以降低。当然,使用两个 Survivor 这种方式我们也付出了一定的代价,如 10% 的空间浪费、复制对象的开销等。
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1 楼 biyelei 2017-10-16  

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