JVM学习之：内存的分配以及回收

 对于操作系统而言，内存的管理主要包含两个部分，分配和回收，因为JVM分担了程序员的内存管理细节，所以虚拟机也帮助程序员完成了这两件事情。

一般情况下提到的内存分配主要是指在堆中的Eden区中的分配，少数情况下可能会直接将对象分配在老年区，但是分配规则主要依赖于具体的环境以及对垃圾回收器的配置，下面将介绍几种常见的内存分配以及回收的策略，并结合具体的测试程序以及输出情况进行讲

分配策略

    1：对象优先在Eden区上分配

   

   public class FirstUseEdenSpace {/**验证Eden为默认的对象分配区 * -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 * -XX:+PrintGCDetails */public static final int _1M = 1024 << 10;public static void main(String[] args) {testAllolaction();}public static void testAllolaction() {byte[] all1, all2, all3, all4;all1 = new byte[_1M << 2];all2 = new byte[_1M << 2];all3 = new byte[_1M << 2];all4 = new byte[_1M << 1];}} 

运行这个程序时通过-XX：+PrintGCDetails参数来打印收集器的日志参数，下面为具体的日志Heap

 PSYoungGen      total 9216K, used 6651K [0x000000000b470000, 0x000000000be70000, 0x000000000be70000)
  eden space 8192K, 81% used [0x000000000b470000,0x000000000baeef10,0x000000000bc70000)
  from space 1024K, 0% used [0x000000000bd70000,0x000000000bd70000,0x000000000be70000)
  to   space 1024K, 0% used [0x000000000bc70000,0x000000000bc70000,0x000000000bd70000)
 PSOldGen        total 10240K, used 8192K [0x000000000aa70000, 0x000000000b470000, 0x000000000b470000)
  object space 10240K, 80% used [0x000000000aa70000,0x000000000b270030,0x000000000b470000)
 PSPermGen       total 21248K, used 3001K [0x0000000005670000, 0x0000000006b30000, 0x000000000aa70000)
  object space 21248K, 14% used [0x0000000005670000,0x000000000595e448,0x0000000006b30000)

首先通过 -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M 来设定堆的最大值为20M,新生代为10M,老年代也为10M(20M-10M),当执行testAllolaction方法时,all1以及all2一共大小是8M没有超过10M所以不会引发GC操作,可是当为all3分配堆空间时,由于新生代中只剩下2M的空间,不能存放all3,所以会触发年轻代的GC操作,又因为8M的空间大于Survivor的1M空间,所以被扔进了老年区,导致老年区的空间被用掉了10240*80%=8M,接下来的all3以及all4加起来是6M没有超过8M,所以直接扔到了eden区,而from和to区任然是0

但是实验的过程中,如果把all4改为_1M<<2则会出现下面的问题

[GC-- [PSYoungGen: 4309K->4309K(9216K)] 12501K->12501K(19456K), 0.0012655 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC [PSYoungGen: 4309K->4287K(9216K)] [PSOldGen: 8192K->8192K(10240K)] 12501K->12479K(19456K) [PSPermGen: 2992K->2983K(21248K)], 0.0084098 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]
Exception in thread "main" Heap
 PSYoungGen      total 9216K, used 4539K [0x000000000b450000, 0x000000000be50000, 0x000000000be50000)
  eden space 8192K, 55% used [0x000000000b450000,0x000000000b8bed48,0x000000000bc50000)
  from space 1024K, 0% used [0x000000000bd50000,0x000000000bd50000,0x000000000be50000)
  to   space 1024K, 0% used [0x000000000bc50000,0x000000000bc50000,0x000000000bd50000)
 PSOldGen        total 10240K, used 8192K [0x000000000aa50000, 0x000000000b450000, 0x000000000b450000)
  object space 10240K, 80% used [0x000000000aa50000,0x000000000b250030,0x000000000b450000)
 PSPermGen       total 21248K, used 3002K [0x0000000005650000, 0x0000000006b10000, 0x000000000aa50000)
  object space 21248K, 14% used [0x0000000005650000,0x000000000593eab0,0x0000000006b10000)
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

因为在分配all4前, eden的空间只剩下45%的空间可以利用,而老年去也被占用了80%,此时如果把all4的大小改为4M,那么年轻代和老年代的空间够不可以存放4M,而且all1,all2,all3都是存活的对象,所以他们都不可以回收,最后只能抛出java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space,如果在分配all4之前有一个all1=null;操作的话,则all4就可以正常的分配了

有个问题希望大虾门可以指点:第二个GC detail中 eden space 8192K, 55% used [0x000000000b450000,0x000000000b8bed48,0x000000000bc50000),因为它有8M的空间,所以当分配完all3(4M)后应该是用50%,可是为什么是55%了?

2：大对象直接分配在老年区

 所谓的大对象,简单的理解就是可能会占用堆空间很大的对象实例,比如说一个很大的字符串数组,因为虚拟机默认是将对象实例分配在年轻代的Eden区,因为年轻代的垃圾收集器主要采用的复制算法,所以如果这个大对象的存活周期比较长的话,意味着他们会被多次的复制,而且最要命的是,因为当年轻代没有足够的空间来存放大对象时,会引发年轻区的垃圾回收,如果大对象的数量比较多,意味着年轻区会发生频繁的垃圾回收,为了防止这种情况的发生,虚拟机中增加了一个XX:PretenureSizeThreshold参数来指定直接放入老年区的实例大小,下面是个简单的例子

public class AlloctionLargeObejct {/**验证大对象直接进入老年去 * -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC * -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails * -XX:PretenureSizeThreshold=1048576 */public static final int _1M = 1024 << 10;public static void main(String[] args) {testAllolaction();}public static void testAllolaction() {byte[] all1, all2, all3, all4;all1 = new byte[_1M << 2];}

Heap
 def new generation   total 9216K, used 507K [0x00000000055e0000, 0x0000000005fe0000, 0x0000000005fe0000)
  eden space 8192K,   6% used [0x00000000055e0000, 0x000000000565eee0, 0x0000000005de0000)
  from space 1024K,   0% used [0x0000000005de0000, 0x0000000005de0000, 0x0000000005ee0000)
  to   space 1024K,   0% used [0x0000000005ee0000, 0x0000000005ee0000, 0x0000000005fe0000)
 tenured generation   total 10240K, used 1024K [0x0000000005fe0000, 0x00000000069e0000, 0x00000000069e0000)
   the space 10240K,  10% used [0x0000000005fe0000, 0x00000000060e0018, 0x00000000060e0200, 0x00000000069e0000)
 compacting perm gen  total 21248K, used 3000K [0x00000000069e0000, 0x0000000007ea0000, 0x000000000bde0000)
   the space 21248K,  14% used [0x00000000069e0000, 0x0000000006cce3b0, 0x0000000006cce400, 0x0000000007ea0000)
No shared spaces configured.

关于上面程序有两点需要注意

(1) -XX:PretenureSizeThreshold 参数不支持M单位的使用,所以只能使用1048576来表示1M

(2)PretenureSizeThreshold-XX:+UseSerialGC来指定Serial作为垃圾收集器参数只支持Serial以及ParNew两种垃圾收集器,所以运行参数使用

    3：长期存活的对象直接进入老年区

      因为虚拟机分为年轻代和老年代,那么虚拟机就应该知道哪些对象应该放在老年代,哪些对象应该放在年轻代,这里就引入了对象年龄的概念,虚拟机规范规定,当对象在Eden区中经过一次年轻代的回收成功转入Survivor之后,它的年龄就为一,从此没发生一次年轻代的垃圾回收,只要他还在,那么它的年龄就一直加1,知道达到虚拟机的一个最大值(默认为15),为了可以灵活的控制这个年龄,虚拟机提供了一个参数 -XXMaxTenuringThreshold参数来控制这个年龄,验证过程通前面两种相同,读者可以自行进行验证

回收测率

    1：Survivor 区中的对象不满足一定年龄也可以进入老年区

     虽然说虚拟机通过对象的年龄来区分Young Space 以及Tenuring Space，但是为了更好的适应不同程序的内存情况，虚拟机并不总是要求只有到达一定年龄的对象才可以进入Tenuring Space，如果在Surivivor中相同年龄的所有对象大小总和大于Survivor空间的一半，就可以直接Tenuring Space，而无需等到规定的年龄

   2：空间分配担保

在发生Young GC时，虚拟机会检测之前每次晋升到Tenuring Space的平均大小是否大于老年代的剩余空间大小，如果大于，则改为进行一次Full Gc，如果小于，则查看HandlePromotionFailure是否设置为真，因为该参数是设定是否允许Tenuring Space对Young Space放不下的对象实力进行担保存放，如果是真，则会把放不下的实例放到Tenuring Space，然后进行一次Young GC，否则只能进行一次Full GC，虽然虚拟机提供了这种机制，但是有的时候，Tenuring Space的剩余空间也不足以存放Young Space中需要转移出去的对象，这个时候只能进行一次Full GC来在Tenuring Space中腾出更多的空间来了，毕竟这种情况比较少见，总的而言，HandlePromotionFailure还是可以减少Full GC的次数的