内存分配与回收策略

Java技术体系中所提倡的自动内存管理最终可以归结为 自动化地解决了两个问题 ： 给对象分配内存以及回收分配个对象的内存。接下来我们来讲一讲内存分配的事情。

  对象的内存分配，往大方向讲，就是在堆上分配，对象主要分配在新生代的Eden上，如果启动了本地线程分配缓冲，将按线程优先在TLAB上分配。少数情况下也可能会直接分配在老年代中。

1，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，虚拟机将发起一次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，并且在进程退出时输出当前内存各区域的分配情况。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工具进行分析。

 

 private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    /**
     * VM arg:-verbose:gc -Xms 20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8
     * -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails
     */
    public static void testAllocation() {

        byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
        allocation1 = new byte[2 * AllocationTest._1MB];
        allocation2 = new byte[2 * AllocationTest._1MB];

        allocation3 = new byte[2 * AllocationTest._1MB];
        allocation4 = new byte[4 * AllocationTest._1MB];// start a Minor GC


    }

  结果：

 

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 6988K->297K(9216K), 0.0083510 secs] 6988K->6441K(19456K), 0.0084161 secs] [Times: user=0.00 sys=0.02, real=0.01 secs] 

Heap

 def new generation   total 9216K, used 4557K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)

  eden space 8192K,  52% used [0x00000000fec00000, 0x00000000ff029140, 0x00000000ff400000)

  from space 1024K,  29% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff54a460, 0x00000000ff600000)

  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)

 tenured generation   total 10240K, used 6144K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

   the space 10240K,  60% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffc00030, 0x00000000ffc00200, 0x0000000100000000)

 Metaspace       used 2555K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K

  class space    used 278K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

 

 新生代GC,又叫Minor GC:指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多都具备招生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。

 老年代GC,又叫Full GC/Major 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，，Major GC的速度一般会比Minor GC漫10倍以上。

 

  2，大对象直接进入老年代

    所谓大对象是指，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及数组，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”它们。

  虚拟机提供了一个 -XX:PretenureSizeThreshod参数，令大于这个设置值的对象直接在老年带分配。这样做的目的是避免在Eden区及两个Srvivor区之间发生大量的内存拷贝。

 private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    /**
     * -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8
     * -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=3145728 -XX:+UseSerialGC
     */

    public static void main(final String[] args) {
        byte[] allocation;
        allocation = new byte[4 * PretenureSizeThresholdTest._1MB];
    }

 结果：

Heap

 def new generation   total 9216K, used 1008K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)

  eden space 8192K,  12% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fecfc170, 0x00000000ff400000)

  from space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)

  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)

 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

   the space 10240K,  40% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffa00010, 0x00000000ffa00200, 0x0000000100000000)

 Metaspace       used 2553K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K

  class space    used 277K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

 

3，长期存活的对象进入老年代
  虚拟机既然采用了分代收集的思想来管理内存，那内存回收时就必须能识别哪些对象应当放在新生代，哪些对象放在老年代。为了做到这点，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器。如果对象在Eden出生并经过第一次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，并将对象年龄设为1。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄加1，当它的年龄增加到一定程度时（默认为15），就会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值，可以空过参数-XX:MaxTenuringThreshold(=15 为默认)来设置。

4，动态对象年龄判断

  为了更好地适应不同程序的内存状况，虚拟机并不总是要求对象的年龄必须达到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空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无需等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。

5，空间分配担保

  在发生Minor GC时，虚拟机会检测之前每次晋升到老年代的平均大小是否大于老年代的剩余空间大小，如果大于，则改为直接进行一次Full GC。如果小于，则查看HandlePromotionFailure设置是否允许担保失败；如果允许，那只会进行Minor GC;如果不允许，则也要改为进行一次Full GC。

   前面提到过，新生代使用复制收集算法，但为了内存利用率，只使用其中一个Survivor空间来作为轮换备份，因此当出现大量对象在Minor GC后仍然存活 时，就需要老年带进行分配担保，让Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。

    取平均值进行比较其实然是一种动态概率的手段，也就是说如果某次Minor GC存活后的对象突增，远远高于平均值的话，依然会导致担保失败（handle promotion failure)。如果出现了HandlePromotionFailure失败，那就只好在失败后重新发起一次Full GC。 虽然担保失败时绕的圈子最大，但大部分情况下还是会将HandlePromotionFailure开关打开，避免Full GC过于频繁。