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資訊專欄INFORMATION COLUMN

Java堆內(nèi)存分配與回收策略

Steve_Wang_ / 571人閱讀

摘要：主要在堆上分配內(nèi)存，而堆又分為新生代和老年代兩個(gè)部分，新生代又再分為區(qū)和區(qū)兩部分，本文根據(jù)堆的劃分，描述的內(nèi)存分配策略。

java主要在堆上分配內(nèi)存，而Java堆又分為新生代(YoungGen)和老年代(OldGen)兩個(gè)部分，新生代又再分為Eden區(qū)和Survivor區(qū)兩部分，本文根據(jù)java堆的劃分，描述hotspot的內(nèi)存分配策略。

GC垃圾收集分類

Minor GC: 發(fā)生在新生代中的垃圾收集，采用復(fù)制算法。

Major GC/Full GC: 發(fā)生在老年代的垃圾收集動(dòng)作，所采用的是標(biāo)記-清除或者標(biāo)記-整理算法。

Eden區(qū)和Survivor區(qū)

對(duì)于采用復(fù)制算法的虛擬機(jī)，新生代通常有一個(gè)Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)。
對(duì)象優(yōu)先在Eden區(qū)分配，當(dāng)Eden區(qū)沒有足夠的空間進(jìn)行分配時(shí)，虛擬機(jī)講發(fā)起一次Minor GC，Eden中存活的對(duì)象將被移動(dòng)到第一塊Survivor區(qū)S1，Eden被清空。
當(dāng)Eden區(qū)再次填滿，再次觸發(fā)Minor GC，Eden區(qū)和S1中的存活對(duì)象被復(fù)制送入第二塊Survivor區(qū)S2中，S1和Eden被清空，下一輪交換S1和S2的角色。
使用兩個(gè)Survivor區(qū)能夠簡(jiǎn)化復(fù)制算法的過(guò)程，并且避免復(fù)制過(guò)程中內(nèi)存碎片的產(chǎn)生。

當(dāng)對(duì)象的復(fù)制次數(shù)達(dá)到-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置的值(默認(rèn)-XX:MaxTenuringThreshold=15)時(shí)，將被移至老年代。

實(shí)驗(yàn) 
/**
 * VM Options:
 * -Xmx20M 堆最大20M
 * -Xms20M 堆最小20M
 * -Xmn10M 新生代為10M
 * -XX:SurvivorRatio=8 Eden區(qū)和Survivor區(qū)的比值為8:1
 * -XX:+PrintGCDetails 輸出回收日志及退出時(shí)內(nèi)存各區(qū)域情況
 */
private static final int _1MB = 1024 * 1024;
public static void testAllocation(){
    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];
}

結(jié)果：

 PSYoungGen      total 9216K, used 7479K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 8192K, 91% used [0x00000007bf600000,0x00000007bfd4df10,0x00000007bfe00000)
  from space 1024K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007c0000000)
  to   space 1024K, 0% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe00000,0x00000007bff00000)
 ParOldGen       total 10240K, used 4096K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  object space 10240K, 40% used [0x00000007bec00000,0x00000007bf000010,0x00000007bf600000)
 Metaspace       used 2692K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 288K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

在退出時(shí)各個(gè)區(qū)域結(jié)果如上, PSYoungGen的PS指的是Parallel Scavenge垃圾回收器，ParOldGen中的Par指的是Parallel Old垃圾回收器。
設(shè)置中堆為10M，新生代為10M，因此老年代為10M。設(shè)置SurvivorRatio為8:1，因此Eden區(qū)大小為8M，Survivor區(qū)大小為1M。因?yàn)镾urvivor區(qū)同一時(shí)刻只有一個(gè)能用于分配，因此PSYoungGen區(qū)域總可用大小為9M。
在allocation4進(jìn)行分配時(shí)，新生代eden區(qū)已經(jīng)用了6M，只剩2M，無(wú)法進(jìn)行分配，觸發(fā)MinorGC。新生代中3個(gè)2M大小的對(duì)象全部無(wú)法放入1M的Survivor區(qū)中，所以只能通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制將兩個(gè)2M的對(duì)象放入老年代中，再將allocation4的4M對(duì)象放入Eden區(qū)中。
最終Eden區(qū)分配6M，survivor區(qū)中沒有對(duì)象，老年代分配4M。

大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

大對(duì)象是指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的Java對(duì)象。為了避免在Eden區(qū)及兩個(gè)Survivor區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存復(fù)制，虛擬機(jī)提供了-XX:PretenureSizeThreshold參數(shù)。大于該參數(shù)設(shè)置值的對(duì)象將直接分配在老年代。

長(zhǎng)期存活對(duì)象直接進(jìn)入老年代

虛擬機(jī)給每個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)對(duì)象年齡計(jì)數(shù)器，對(duì)象每經(jīng)過(guò)一個(gè)MinorGC仍然存活，則年齡加一，當(dāng)年齡增加到超過(guò)-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置的值(默認(rèn)為16)時(shí)，將被移至老年代。

空間分配擔(dān)保

如文章開頭的例子中，當(dāng)出現(xiàn)大量對(duì)象在MinorGC后仍然存活的情況，Survivor區(qū)無(wú)法容納多余的對(duì)象，此時(shí)，需要老年代進(jìn)行分配擔(dān)保，把Survivor無(wú)法容納的對(duì)象直接進(jìn)入老年代。JDk 6 Update 24之后，擔(dān)保的規(guī)則是，只要老年代的連續(xù)空間大于新生代對(duì)象總大小或者歷次晉升的平均大小就會(huì)進(jìn)行MinorGC，否則將進(jìn)行Full GC。

參數(shù)設(shè)置小結(jié)
參數(shù) 描述
-Xms20M 堆最小值
-Xmx20M 堆最大值
-Xmn10M 新生代大小
-XX:SurvivorRatio=8 Eden區(qū)比Survivor區(qū)的大小
-XX:+PrintGCDetails 輸出回收日志和退出時(shí)各內(nèi)存區(qū)域情況
-XX:PretenureSizeThreshold=10M 大于該參數(shù)設(shè)置值的對(duì)象直接分配在老年代
-XX:MaxTenuringThreshold=15 新生代對(duì)象年齡增加到超過(guò)該值時(shí)，將被移至老年代

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