Java虚拟机05——对象分配与回收策略

对象的内存分配基本规律有如下几条：

• 大多数状况下就是在堆上分配（但也可能通过JIT编译后被拆散为标量类型并间接地栈上分配）。
• 对象主要分配在新生代的Eden区上。
• 若是启动了本地线程分配缓冲，将按线程优先在TLAB上分配。
• 少数状况下也可能会直接分配在老年代中。

对象的分配规则不是百分百固定的，其细节取决于当前使用的是哪种垃圾收集组合，还有虚拟机中与内存相关的参数设置

对象优先在Eden分配

大多数状况下，对象在新生代Eden区中分配。当Eden区没有足够空间进行分配时将发起一次Minor GC。

Minor GC指发生在新生代的垃圾收集动做

使用如下代码进行测试：

public class ObjMemoryTest {
    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];
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ObjMemoryTest.testAllocation();
    }
}
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其中，须要设置参数

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8

上述参数解释以下：

• -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails：打印GC详细日志信息。
• -XX:+UseSerialGC：使用Serial收集器。
• -Xms20m -Xmx20m：限制Java堆大小为20MB。
• -Xmn10m：新生代大小为10MB。
• -XX:SurvivorRatio=8：设置新生代中Eden区与一个Survivor区的空间比例是8:1

设置完后，Java堆共20M，新生代10M，老年代10M。其中新生代里的Eden 8M，两个Survivor各1M。代码运行日志以下：

解释：运行后新生代进行了GC回收，从8188K->714K。此次回收是给allocation4分配内存的时候，发现Edon区已经占用了6M，剩余空间已经不足分配allocation4的4M。因此执行了Minor GC，GC期间发现1M大小的Survivor没法放入allocaiton1~3，因此只好经过分配担保机制提早转移到老年代去。

GC结束后，从GC日志上能够看到：4MB的allocation4被分配到Eden区，allocation1~3被分配到老年代中

大对象直接进入老年代

所谓的大对象是指须要大量连续内存空间的Java对象。虚拟机提供了一个-XX:PretenureSizeThreshold参数，大于这个设置值的对象将直接在老年代分配，从而避免在Eden区及两个Survivor区之间发生大量的内存复制（新生代主要采用复制算法收集内存）。有如下的测试代码： 其中，须要设置参数

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8 -XX:PretenureSizeThreshold=3145728

public static void testPretenureSizeThreshold() {
        byte[] allocation;
        allocation = new byte[4*_1MB];
    }
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运行结果：

从结果上看老年代被使用了4M，而新生代几乎没有使用，这是由于PretenureSizeThreshold被设置成3MB（也就是3145728），所以超过3MB的对象会直接在老年代进行分配

长期存活的对象将进入老年代

虚拟机给每一个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器，若是对象在Eden出生并通过第一次Minor GC后仍然存活，而且能被Survivor容纳的话，对象年龄为1，对象在Survivor区中熬过一次Minor GC，年龄增长1。当它的年龄增长到必定程度（默认15），就会被晋升到老年代中。晋升的阈值能够经过参数-XX:MaxTenuringThreshold设置。实例代码以下： 其中，须要设置参数

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8

public static void testMaxTenuredThreshold() {
        byte[] allocation1;
        byte[] allocation2;
        byte[] allocation3;
        byte[] allocation4;

        allocation1 = new byte[_1MB / 4];
        allocation2 = new byte[4 * _1MB];
        allocation3 = new byte[4 * _1MB];
        allocation3 = null;
        allocation4 = new byte[4 * _1MB];
    }
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alocation1为256kb内存，Survivor空间能够容纳，而allocation二、allocation3和allocation4须要4MB的空间，并不能被Survivor区容纳。

当设置MaxTenuringThreshold = 1时，内存信息以下

因为Eden区域的总大小是8MB，所以在分配allocation3时会由于Eden区空闲大小不够而发生一次Minor GC操做，这时allocation1会被移入到Survivor区中，allocation2因Survivor区并不能容纳会被提早提高到老年代。接下来在分配allocation3后分配allocation4还会触发第二次Minor GC操做，此次操做因为allocation1达到了晋升年龄，会被晋升到老年代，而allocation3会被回收，因此第二次Minor GC后新生代的已使用大小会变为0K，最后allocation4会被分配到Eden区，所以获得的最终内存空间的分配是Eden区使用51%（4MB+，用于存放allocation4），Survivor区域已使用全为0，老年代已使用5059K（4MB+，用于存放allocation1和allocation2）。

而设置-XX:MaxTenuringThreshold=15后，将会获得如下的结果：

注：若是在某些版本的JDK中不生效，能够设置-XX:TargetSurvivorRatio=95参数调大Survivor区域的使用率

能够看到Survivor区不为空，这是因为allocation1尚未被断定为长期存活的对象，还存在与Survivor区致使的。

动态年龄断定

为了能更好地适应不一样程序的内存情况，若是在Survivor空间中相同年龄全部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能够直接进入老年代，无须达到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。

在执行下面的testMaxTenuredThreshold2()方法时，设置了-XX:MaxTenuringThreshold=15参数，会发现运行结果中Survivor的空间占用仍然为0%，而老年代比预期增长了11%，也就是说，allocation一、allocation2对象都直接进入了老年代，而没有等到15岁的临界年龄。由于这两个对象加起来已经到达了512KB，而且它们是同年的，知足同年对象达到Survivor空间的一半规则。咱们只要注释掉其中一个对象new操做，就会发现另一个就不会晋升到老年代中去了。

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:TargetSurvivorRatio=95

public static void testMaxTenuredThreshold2() {
        byte[] allocation1;
        byte[] allocation2;
        byte[] allocation3;
        byte[] allocation4;

        allocation1 = new byte[_1MB / 4];
        allocation2 = new byte[_1MB / 4];
        allocation3 = new byte[4 * _1MB];
        allocation4 = new byte[4 * _1MB];
        allocation4 = null;
        allocation4 = new byte[4 * _1MB];
    }
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空间分配担保

在发生Minor GC以前，虚拟机会先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代全部对象总空间，若是这个条件成立，那么Minor GC能够确保是安全的。若是不成立，则虚拟机会查看HandlePromotionFailure设置值是否容许担保失败。若是容许，那么会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，若是大于，将尝试着进行一次Minor GC，尽管此次Minor GC是有风险的；若是小于，或者HandlePromotionFailure设置不容许冒险，那这时也要改成进行一次Full GC。

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空间来做为轮换备份，所以当出现大量对象在Minor GC后仍然存活的状况（最极端的状况就是内存回收后新生代中全部对象都存活），就须要老年代进行分配担保，把Survivor没法容纳的对象直接进入老年代。与生活中的贷款担保相似，老年代要进行这样的担保，前提是老年代自己还有容纳这些对象的剩余空间，一共有多少对象会活下来在实际完成内存回收以前是没法明确知道的，因此只好取以前每一次回收晋升到老年代对象容量的平均大小值做为经验值，与老年代的剩余空间进行比较，决定是否进行Full GC来让老年代腾出更多空间。

取平均值进行比较其实仍然是一种动态几率的手段，也就是说，若是某次Minor GC存活后的对象突增，远远高于平均值的话，依然会致使担保失败（HandlePromotion Failure）。若是出现了HandlePromotionFailure失败，那就只好在失败后从新发起一次Full GC。虽然担保失败时绕的圈子是最大的，但大部分状况下都仍是会将HandlePromotionFailure开关打开，避免Full GC过于频繁。

可是JDK 6 Update 24以后代码中已经再也不使用HandlePromotionFailure，JDK 6 Update 24以后的规则变为只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小就会进行Minor GC，不然将进行Full GC。