深入理解Java虚拟机-JVM内存分配与回收策略原理,从此告别JVM内存分配文盲

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Java虚拟机深入理解系列全部文章更新中…

在前面的一篇文章深入理解Java虚拟机-如何利用VisualVM进行性能分析中讲到了一些关于JVM调优的知识,但是,其实,还是有一些问题没有非常清楚的可以回答的,这里先给出几个问题,然后,我们再展开这篇文章需要讲解的知识。

  • 我们生成的对象最开始在哪分配?Eden?Survivor?还是老年代呢?
  • 进入到老年代需要满足什么条件呢?

接下来,我们就带着这两个问题展开全文。

1 对象优先在哪分配

其实,通过前面几篇文章的讲解,这个问题其实已经见怪不怪了,在大多数的情况下,对象都是在新生代Eden区分配的,在前面的文章我们提到,在Eden区中如果内存不够分配的话,就会进行一次Minor GC。同时,我们还知道年轻代中默认下Eden:Survivor0:Survivor2 = 8:1:1,同时,还能通过参数-XX:SurvivorRatio来设置这个比例(关于这些参数的分析都可以查看这篇文章:深入理解Java虚拟机-常用vm参数分析)。

下面我们通过一个例子来分析是不是这样的。

1.1 实例

给定JVM参数:-Xms40M -Xmx40M -Xmn10M -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=4

前面三个参数设置Java堆的大小为40M,新生代为10M,紧跟着后面两个是用于输入GC信息。更多参数可以查看这篇文章:深入理解Java虚拟机-常用vm参数分析

/**
 * @ClassName Test_01
 * @Description 参数:-Xms40M -Xmx40M -Xmn20M -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -XX:SurvivorRatio=8
 * @Author 欧阳思海
 * @Date 2019/12/3 16:00
 * @Version 1.0
 **/
public class Test_01 {

    private static final int M = 1024 * 1024;

    public static void test() {
        byte[] alloc1, alloc2, alloc3, alloc4;
        alloc1 = new byte[5 * M];
        alloc2 = new byte[5 * M];
        alloc3 = new byte[5 * M];
        alloc4 = new byte[10 * M];

    }

    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

}

输入结果:

分析

  • eden:from:to=8:1:1,这个因为前面设置了参数-XX:SurvivorRatio=8
  • 新生代分配了20M的内存,所以前面三个byte数组可以分配,但是,分配第四个的时候,空间不够,所以,需要进行一次Minor GC,GC之后,新生代从12534K变为598K
  • 前面在新生代分配的内存Minor GC之后,进入到了Survivor,但是,Survivor不够分配,所以进入到了老年代,老年代已用内存达到了50%

1.2 回答问题

所以,经过上面的例子我们发现,对象一般优先在新生代分配的,如果新生代内存不够,就进行Minor GC回收内存。

2 进入到老年代需要满足什么条件

先给出答案,分为几点。

  • 条件①:大对象直接进入到老年代
  • 条件②:长期存活的对象可以进入到老年代
  • 条件③:如果在Survivor空间中相同年龄所有对象的大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于等于该年龄的对象直接进入到老年代

2.1 分析条件①

  • 哪些属于大对象呢?

一般来说大对象指的是很长的字符串及数组,或者静态对象

  • 那么需要满足多大才是大对象呢?

这个虚拟机提供了一个参数-XX:PretenureSizeThreshold=n,只需要大于这个参数所设置的值,就可以直接进入到老年代。

step1: 解决了这两个问题,首先,我们不设置上面的参数的例子,将对象的内存大于Eden的大小看看情况。

/**
 * @ClassName Test_01
 * @Description 参数:-Xms40M -Xmx40M -Xmn20M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC
 * @Author 欧阳思海
 * @Date 2019/12/3 16:00
 * @Version 1.0
 **/
public class Test_01 {

    private static final int M = 1024 * 1024;

    public static void test() {
        byte[] alloc1, alloc2, alloc3, alloc4;
//        alloc1 = new byte[5 * M];
//        alloc2 = new byte[5 * M];
//        alloc3 = new byte[5 * M];
        alloc4 = new byte[22 * M];

    }

    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

}

我们发现分配失败,Java堆溢出,因为超过了最大值。

step2: 下面我们看一个例子:设置-XX:PretenureSizeThreshold=104,857,600,这个单位是B字节(Byte/bait),所以这里是100M

/**
 * @ClassName Test_01
 * @Description 参数:-Xms2048M -Xmx2048M -Xmn1024M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC -XX:PretenureSizeThreshold=104,857,600
 * @Author 欧阳思海
 * @Date 2019/12/3 16:00
 * @Version 1.0
 **/
public class Test_01 {

    private static final int M = 1024 * 1024;

    public static void test() {
        byte[] alloc1, alloc2, alloc3, alloc4;
//        alloc1 = new byte[5 * M];
//        alloc2 = new byte[5 * M];
//        alloc3 = new byte[5 * M];
        alloc4 = new byte[500 * M];

    }

    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

}

发现新生代没有分配,直接在老年代分配。

注意: 参数PretenureSizeThreshold只对SerialParNew两款收集器有效。

2.2 分析条件②

进入老年代规则:这里需要知道虚拟机对每个对象有个对象年龄计数器,如果对象在Eden出生经过第一次Minor GC后任然存活,并且能够被Survivor容纳,将被移动到Survivor空间中,并且年龄设置为1。接下来,对象在Survivor中每次经过一次Minor GC,年龄就增加1,默认当年龄达到15,就会进入到老年代。

晋升到老年代的年龄阈值,可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold设置。

在下面的实例中,我们设置-XX:MaxTenuringThreshold=1

/**
 * @ClassName Test_01
 * @Description 参数:-Xms2048M -Xmx2048M -Xmn1024M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=1
 * @Author 欧阳思海
 * @Date 2019/12/3 16:00
 * @Version 1.0
 **/
public class Test_01 {

    private static final int M = 1024 * 1024;

    public static void test() {
        byte[] alloc1, alloc2, alloc3, alloc4;
        alloc1 = new byte[300 * M];
        alloc2 = new byte[300 * M];
        alloc3 = new byte[300 * M];
        alloc4 = new byte[500 * M];

    }

    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

}

从结果可以看出,from和to都没有占用内存,而老年代则占用了很多内存。

2.3 分析条件③

条件③是:如果在Survivor空间中相同年龄所有对象的大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于等于该年龄的对象直接进入到老年代,而不需要等到参数-XX:MaxTenuringThreshold设置的年龄。

实例分析

/**
 * @ClassName Test_01
 * @Description 参数:-Xms2048M -Xmx2048M -Xmn1024M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC
 * @Author 欧阳思海
 * @Date 2019/12/3 16:00
 * @Version 1.0
 **/
public class Test_01 {

    private static final int M = 1024 * 1024;

    public static void test() {
        byte[] alloc1, alloc2, alloc3, alloc4;
        alloc1 = new byte[100 * M];
        alloc2 = new byte[100 * M];
        //分配alloc3之前,空间不够,所以minor GC,接着分配alloc3=900M大于Survivor空间一半,直接到老年代。
        alloc3 = new byte[900 * M];

//        alloc4 = new byte[500 * M];

    }

    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

}

输入结果:

分配alloc3之前,空间不够,所以minor GC,接着分配alloc3=900M大于Survivor空间一半,直接到老年代。从而发现,survivor占用0,而老年代占用900M。

3 总结

这篇文章主要讲解了JVM内存分配与回收策略的原理,回答了下面的这两个问题。

  • 我们生成的对象最开始在哪分配?Eden?Survivor?还是老年代呢?
  • 进入到老年代需要满足什么条件呢?
本人花费半年的时间总结的《Java面试指南》已拿腾讯等大厂offer,已开源在github ,欢迎star!

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