六、內(nèi)存分配與回收策略

Java技術(shù)體系中所倡導(dǎo)的自動(dòng)內(nèi)存管理最終可以歸納為自動(dòng)化解決了兩個(gè)問(wèn)題：給對(duì)象分配內(nèi)存以及回收分配給對(duì)象的內(nèi)存。對(duì)象的內(nèi)存分配，往大方向講，就是在堆上分配（但也可能經(jīng)過(guò)JIT編譯后被拆散為標(biāo)量類型并間接地棧上分配），對(duì)象主要分配在新生代的Eden區(qū)上，如果啟動(dòng)了本地線程分配緩沖，將按線程優(yōu)先在TLAB上分配。少數(shù)情況下也可能會(huì)直接分配在老年代中，分配的規(guī)則并不是百分百固定的，其細(xì)節(jié)取決于當(dāng)前使用的是哪一種垃圾收集器組合，還有虛擬機(jī)中與內(nèi)存相關(guān)的參數(shù)的設(shè)置。

6.1 對(duì)象優(yōu)先在Eden分配

大多數(shù)情況下，對(duì)象在新生代Eden區(qū)中分配。當(dāng)Eden區(qū)沒(méi)有足夠空間進(jìn)行分配時(shí)，虛擬機(jī)將發(fā)起一次Minor GC。虛擬機(jī)提供了-XX:+PrintGCDetails這個(gè)收集器日志參數(shù)，告訴虛擬機(jī)在發(fā)生垃圾收集行為時(shí)打印內(nèi)存回收日志，并且在進(jìn)程退出的時(shí)候輸出當(dāng)前的內(nèi)存各區(qū)域分配情況。

private static fianl int _1MB = 1024 * 1024;
/*
    VM參數(shù)：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRation=8
*/

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];//出現(xiàn)一次Minor GC
}

運(yùn)行結(jié)果：

1

• 代碼中可以看到，嘗試分配三個(gè)2MB大小和一個(gè)4MB大小的對(duì)象，在運(yùn)行時(shí)通過(guò)-Xms20M、-Xmx20M、-Xmn10M這三個(gè)參數(shù)限制了Java堆大小為20MB，不可擴(kuò)展，其中10MB分配給老年代。-XX:SurvivorRation=8決定了新生代中Eden區(qū)與一個(gè)Survivor區(qū)的空間比例是8:1，于是新生代總的可用空間是9216KB。

• 從運(yùn)行結(jié)果可以看到，在分配allocation4對(duì)象的語(yǔ)句時(shí)會(huì)發(fā)生一次Minor GC，從結(jié)果第一行可以看到，新生代占用空間從6651-->148，但是需要知道，在發(fā)生GC的時(shí)候，首先要將Eden空間中的對(duì)象向一個(gè)Survivor區(qū)中轉(zhuǎn)移，但是這里Survivor空間只有1MB，那只好轉(zhuǎn)移到老年代中去了，所以，看以看到發(fā)生GC的時(shí)候堆的總占用量并沒(méi)有減少（6651K-->6292K(19456K)可以看出，因?yàn)橹暗娜齻€(gè)對(duì)象并沒(méi)有死亡），而老年代被占用60%（從the space 10240K, 60%可以看出，3個(gè)對(duì)象總共占用6M，老年代有10M），之后分配的第四個(gè)對(duì)象占用4M，而Eden為8M，所以占用50%左右（從eden space 8192, 51%看出），這里form space占用14%可能是一些其他信息吧（不太確定），而to space因?yàn)榇婊顚?duì)象都轉(zhuǎn)移到老年代中去了，所以這里沒(méi)有占用。這里借用一張圖（http://www.lxweimin.com/p/fab8865f9b79）
  

  2

Minor GC 和 Full GC 的區(qū)別

• 新生代GC（Minor GC）：指發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作，因?yàn)?code>Java對(duì)象大多都是具備朝生夕滅的特性，所有Minor GC非常頻繁，一般回收速度也比較快。
• 老年代GC（Major GC/ Full GC）：指發(fā)生在老年代的GC，出現(xiàn)了Major GC，經(jīng)常會(huì)伴隨至少一次的Minor GC（但非絕對(duì)的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接進(jìn)行Major GC的策略選擇過(guò)程）。Major GC的速度一般會(huì)比Minor GC慢十倍以上。

6.2 大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

所謂的大對(duì)象是指，需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的Java對(duì)象，最典型的大對(duì)象就是那種很長(zhǎng)的字符串或數(shù)組，之前例子中就是數(shù)組大對(duì)象。大對(duì)象在內(nèi)存中有時(shí)候不太好處理，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存還有不少空間時(shí)就提前觸發(fā)垃圾收集以獲取足夠的連續(xù)空間來(lái)“安置”它們。虛擬機(jī)中提供了一個(gè)-XX:PretenureSizeThreshold參數(shù)，令大于這個(gè)設(shè)置值的對(duì)象直接在老年代分配，這樣做的目的是避免在Eden區(qū)以及兩個(gè)Survivor區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存復(fù)制。下面通過(guò)例子說(shuō)明：

3

6.3 長(zhǎng)期存活的對(duì)象將進(jìn)入老年代

既然虛擬機(jī)采用了分代收集的思想來(lái)管理內(nèi)存，那么內(nèi)存回收時(shí)就必須能識(shí)別哪些對(duì)象應(yīng)放在新生代，哪些對(duì)象應(yīng)放在老年代中。這里，虛擬機(jī)中使用對(duì)象年齡（Age）計(jì)數(shù)器來(lái)完成此目的。如果對(duì)象在Eden出生并經(jīng)過(guò)一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容納的話，將被移動(dòng)到Survivor空間中，并且對(duì)象年齡設(shè)為1。對(duì)象在Survivor區(qū)中沒(méi)“熬過(guò)”一次Minor GC，年齡就增加一歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度（默認(rèn)為15歲），就將會(huì)被晉升到老年代中。對(duì)象晉升老年代的閾值可以通過(guò)參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置。

下面對(duì)同一個(gè)代碼設(shè)置不同的-XX:MaxTenuringThreshold值來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：

• 程序代碼：
  

  4

• 以MaxTenuringThreshold=1參數(shù)來(lái)運(yùn)行的結(jié)果：
  

  5
  
  
  6

• 以MaxTenuringThreshold=15參數(shù)來(lái)運(yùn)行的結(jié)果：
  

  7
  
  說(shuō)明：對(duì)象allocation1需要256K的內(nèi)存，Survivor空間能夠容納。當(dāng)MaxTenuringThreshold=1時(shí)，allocation1對(duì)象在第二次GC發(fā)生時(shí)進(jìn)入老年代，新生代已使用的內(nèi)存GC后非常干凈地變成了0KB。而MaxTenuringThreshold=15時(shí)，第二次發(fā)生GC后，allocation1對(duì)象則還留在新生代Survivor空間，這時(shí)新生代仍然有404KB被占用。（這里沒(méi)有完全弄懂）

6.4 動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判定

為了能更好地適應(yīng)不同程序的內(nèi)存狀況，虛擬機(jī)并不是永遠(yuǎn)地要求對(duì)象的年齡必須達(dá)到MaxTenuringThreshold才能晉升老年代，如果在Survivor空間中相同年齡所有對(duì)象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對(duì)象就可以直接進(jìn)入老年代，無(wú)須等到MaxTenuringThreshold中要求的年齡。下面通過(guò)代碼說(shuō)明：

8

9

10

6.5 空間分配擔(dān)保

在發(fā)生Minor GC之前，虛擬機(jī)會(huì)先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象總空間，如果這個(gè)條件成立，那么Minor GC可以確保是安全的。如果不成立，則虛擬機(jī)會(huì)查看HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔(dān)保失敗。如果允許，那么會(huì)繼續(xù)檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代對(duì)象的平均大小，如果大于，將嘗試著進(jìn)行一次Minor GC，盡管這次Minor GC是有風(fēng)險(xiǎn)的；如果小于，或者HandlePromotionFailure設(shè)置不允許冒險(xiǎn)，那這是也要該為進(jìn)行一次Full GC。

什么是“冒險(xiǎn)”，前面提過(guò)，新生代使用復(fù)制收集算法，但為了內(nèi)存利用率，只使用其中一個(gè)Survivor空間來(lái)作為輪換備份，因此當(dāng)出現(xiàn)大量對(duì)象在Minor GC后仍然存活的情況（最極端的情況就是內(nèi)存回收后新生代中所有對(duì)象都存活），就需要老年代進(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。但是老年代本身不知道是否還有容納這些對(duì)象的剩余空間，所以只好取之前每一次回收晉升到老年代對(duì)象容量的平均大小值作為經(jīng)驗(yàn)值，與老年代的剩余空間進(jìn)行比較，決定是否進(jìn)行Full GC來(lái)讓老年代騰出更多空間。

下面通過(guò)代碼說(shuō)明：

11

12

上述內(nèi)容感覺(jué)書(shū)上講的不是很詳細(xì)，有些東西還沒(méi)搞懂，在以后補(bǔ)充！！！