JVM堆的内存管理机制

Java虚拟机有一套成熟的内存回收机制,被称为GC(Garbage Collection)。

我们知道,JVM的内存模型主要包括程序计数器、堆、方法区、虚拟机栈及本地方法栈5大块。其中程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的,会随着线程的开始结束而分配内存和回收。我们重点关注的是堆和方法区的内存分配和回收,这部分的内存管理是动态的。

堆(heap)被分为新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation)。年轻代被分为三个区:1个Eden区和2个Survivor区。JVM回收内存时一般采用“分代收集算法”,基于年轻代对象存活率小的特点采用复制算法,而老年代中存活率高,使用“标记-清理”或者“标记-整理”算法。




对象从出生到死亡

1.对象的分配

  • 对象优先分配在Eden区

    当new一个新对象时,JVM会优先将其分配在Eden区,如果Eden区满了,则JVM会发生一次Minor GC。
Minor GC

在年轻代空间中执行内存回收叫做Minor GC。当执行Minor GC时,会触发“stop the world”,暂停所有应用的线程,只是对于大部分应用程序来说,时间短暂到可以忽略不计。
Minor GC会将Eden区还存活的对象和Survivor1区(假设Survivor1不为空,Survivor2为空)中年龄未超过阈值的对象复制到Survivor2区中,然后清空Eden和Survivor1区,始终保持有一个Survivor区为空。

  • 大对象直接进入老年代

    这里有一个例外的情况:当JVM需要分配大量连续内存空间的对象时(最典型的就是很长的字符串或数组),会直接将它们放入放入老年代中,原因是避免在Eden区和两个Survivor区中发生大量的内存复制(年轻代采用复制算法,老年代采用标记-清除、标记-整理,处理大对象快)。
    通过参数-XX:PretenureSizeThreshold设置大于此数值的对象直接在老年代分配。

2.对象的晋升

  • 晋升的阈值

    在JVM中,给每个对象都定义了一个对象年龄计数器,用来记录每个对象的“年龄”:对象在Eden区出生,每经历一次Minor GC则年龄增加1。当年龄增大到一定程度时,就会晋升到老年代中。这个年龄阈值可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold来设置,默认为15岁。

  • 动态对象年龄判定

    虚拟机为了更好地判定对象进入老年代的时机,提出了一种例外情况:如果在Survivor区中所有相同年龄的对象数量总和达到了Survivor区大小的一半,则大于或等于该年龄的对象都能直接进入老年代。

3.对象的回收

  • Minor GC

    前面已经介绍过Minor GC,它是针对于年轻代的内存回收,当new一个新对象时Eden区无内存可分配时触发一次Minor GC。

  • Full GC

    当Minor GC的时候老年代的空间小于以往的平均晋升对象所需要的空间(即空间分配担保存在风险,空间分配担保可参照下文),JVM就会执行一次Full GC,收集清理包括年轻代和老年代还有永久代在内的无用对象(PS: 这里要特别说明一下,在JDK7及以前永久代即方法区,而在JDK8之后,永久代已经被移除了,取而代之的是元空间,它是存放在本地的一块内存区域,JDK8之后的Full GC应该是包括元空间在内的垃圾回收),所用的算法前文已经提到过,主要有标记-清理和标记-整理,根据具体的虚拟机的不同而不同。

  • 空间分配担保

    如果在某次Minor GC中Survivor区的容量小于需要进行复制的对象,则会启用分配担保机制:将Eden区和Survivor区的对象都放入老年代,新对象分配进Eden区。
    但是实际上,空间分配担保也不是每次都能成功的。在每一次Minor GC之前,虚拟机总要检查老年代中最大可连续分配的内存空间是否大于新生代总空间,如果大于,则这是一次安全的Minor GC,直接进行Minor GC。否则的话虚拟机要查看HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。如果允许,则继续检查老年代的最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的平均大小,如果是则进行一次有风险的Minor GC。否则如果小于或者之前的设置值不允许则改为进行一次Full GC。

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