概述

  1. 存储在JVM中的Java对象可以被划分为两类
    1. 一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速
    2. 另外一类对象的生命周期却非常长，在某些极端的情况下还能够与JVM的生命周期保持一致
  2. Java堆区进一步细分的话，可以划分为年轻代（YoungGen）和老年代（oldGen）
  3. 其中年轻代又可以划分为Eden空间、Survivor0空间和Survivor1空间（有时也叫做from区、to区）

虚拟机堆——年轻代与老年代 - 图1

新生代与老年代的比例参数

虚拟机堆——年轻代与老年代 - 图2

  • 默认-XX:NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3

  • 可以修改-XX:NewRatio=4，表示新生代占1，老年代占4，新生代占整个堆的1/5

  • 在HotSpot中，Eden空间和另外两个Survivor空间缺省所占的比例是8 : 1 : 1

  • 当然开发人员可以通过选项-XX:SurvivorRatio调整这个空间比例。比如-XX:SurvivorRatio=8，如上8：1：1
  • 几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的。有些大的对象在Eden区无法存储时候，将直接进入老年代
  • 绝大部分的Java对象的销毁都在新生代进行了，新生代中80%的对象都是“朝生夕死”的
  • 可以使用选项-Xmn设置新生代最大内存大小，但这个参数一般使用默认值就可以了。如-Xmn200m，但这个参数一般使用默认值就可以了
  • 如果-XX:NewRatio和-Xmn同时设置，-Xmn生效

    图解对象分配过程

  1. 我们创建的对象放在Eden区，当我们的Eden区满了或者达到阈值后，就会出发GC操作，一般称为YGC/Minor GC操作
  2. 当经历过一次垃圾回收后，绿色的代表还在被引用着的对象，红色的表示已经没有被引用的垃圾了，红色的会被回收。而绿色的就是幸存下来的，他们就会进入Survivor区，幸存者顾名思义。但是有两个幸存者区，两个都是空的就放在其中一个，S0。同时我们给每个对象设置了一个年龄计数器，经过一次回收后还存在的对象，将其年龄+1.

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  1. 当Eden区对象再次满了或者达到阈值了，又会触发一次YGC/Minor GC操作，此时GC将会把Eden和Survivor From（S0）区中的对象进行一次垃圾收集。把两个区中幸存的对象都放到Survivor To（S1）区，同时幸存对象的年龄+1。

    关于Survivor的From和To区： From和To不是固定的，两个幸存者区，总有一个是空着的。他们之间是转换关系。每一次YGC/Minor GC都会相互转换，每一次GC的都是Eden和From 比如这次GC的是Eden和S0，那么S0就是From，S1就是To，幸存对象都去S1。 下一次GC的就是Eden和S1，因为S1有对象，S0的对象在上次GC都转移到了S1，所以S1是From，幸存对象全部转移到S0，就是To

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  1. 我们继续不断的进行对象生成和垃圾回收，当Survivor中的对象的年龄达到15的时候，将会触发一次 Promotion 晋升的操作，也就是将年轻代中的对象晋升到老年代中。

默认是15次。可以设置新生代进入老年代的年龄限制，设置 JVM 参数：-XX:MaxTenuringThreshold=N 进行设置。
在养老代，相对悠闲。当养老代内存不足时，再次触发GC：Major GC，进行养老区的内存清理。
若养老区执行了Major GC之后，发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常。
image.png :::success 关于垃圾回收：频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不在永久区/元空间收集。 :::

对象分配特殊情况说明

  1. 如果来了一个新对象，先看看Eden是否放得下？
    1. 如果Eden放得下，则直接放到Eden区
    2. 如果Eden放不下，则触发YGC，垃圾回收后，在看放不放得下
  2. 将对象放到老年代有两种情况
    1. 如果Eden执行了YGC还是无法放下该对象，那没办法，说明是超大对象，只能直接放到老年代了。万一老年代都放不下了，则触发FGC之后在看能不能放下，放不下只有报OOM了
    2. 如果Eden满了，将对象往幸存者区拷贝时，发现幸存者区放不下，只能便宜了某些新对象，让他们直接晋升到老年代

虚拟机堆——年轻代与老年代 - 图6

堆空间分代思想

为什么要把Java堆分代？不分代就不能正常工作了吗？经研究，不同对象的生命周期不同。70%-99%的对象是临时对象。

  • 新生代：有Eden、两块大小相同的survivor（又称为from/to或s0/s1）构成，to总为空。
  • 老年代：存放新生代中经历多次GC仍然存活的对象。

其实不分代完全可以，分代的唯一理由就是优化GC性能。

  • 如果没有分代，那所有的对象都在一块，就如同把一个学校的人都关在一个教室。GC的时候要找到哪些对象没用，这样就会对堆的所有区域进行扫描。（性能低）
  • 而很多对象都是朝生夕死的，如果分代的话，把新创建的对象放到某一地方，当GC的时候先把这块存储“朝生夕死”对象的区域进行回收，这样就会腾出很大的空间出来。（多回收新生代，少回收老年代，性能会提高很多）

    对象内存分配晋升策略

  1. 优先分配到Eden

  2. 大对象直接分配到老年代：通常大对象是指内存中连续的对象，如数组。这个对象比Eden都大，更不要考虑比Eden小的Survivor区了，直接放入老年代。

    尽量避免过多的大对象：大对象需要一段连续的内存，如果内存中的片段不连续，无法分配这段连续的内存，就会进行GC，整理出了内存后创建大对象，要是这个大对象刚创建一会就死了（GC你拿我开刷？？）。这样反复创建特别消耗性能。

  3. 长期存活的对象分配到老年代：经过多次GC，达到阈值，功德圆满

  4. 动态对象年龄判断：如果Survivor中相同年龄的所有对象的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或者等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无需等到MaxTenuringThreshold中要求的阈值年龄。

    Survivor From和Survivor To一直都是把对象换来换去的，如果某个年龄的对象就占了一半，S0和S1干脆就懒得换了，全部去老年代吧，既然这个年龄的对象都可以去养老代，比这个年龄更大的对象也去养老代，不过分吧？

  5. 空间分配担保：-XX:HandlePromotionFailure

    发生了Minor GC之前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间

    • 如果大于：则此次Minor GC是安全的
    • 如果小于：则虚拟机会查看-XX:HandlePromotionFailure设置值是否是允许担保失败
      • 如果HandlePromotionFailure=true，那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象平均大小。
        • 如果大于：则尝试进行一次Minor GC，但是这次Minor GC依然是有风险的
        • 如果小于：则改为进行一次Full GC
      • 如果HandlePromotionFailure=false，则改成进行一次Full GC

在JDK6 Update24之后（直接说JDK7一样的），HandlePromotionFailure参数不会再影响到虚拟机的空间分配担保策略。 意思就是在那之后，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会进行Minor GC，否则将进行Full GC。

TLAB为对象分配内存（保证线程安全）

堆空间都是共享的么？

不一定，因为还有TLAB这个概念，在堆中划分出一块区域，为每个线程所独占

为什么有 TLAB

TLAB：Thread Local Allocation Buffer，也就是为每个线程单独分配了一个缓冲区
堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据
由于对象实例的创建在JVM中非常频繁，因此在并发环境下从堆区中划分内存空间是线程不安全的
为避免多个线程操作同一地址，需要使用加锁等机制，从而影响分配速度。

什么是TLAB

从内存模型而不是垃圾收集的角度，对Eden区域继续进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域，它包含在Eden空间内。
多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配方式称之为快速分配策略。
虚拟机堆——年轻代与老年代 - 图7

  1. 尽管不是所有的对象实例都能够在TLAB中成功分配内存，但JVM确实是将TLAB作为内存分配的首选。
  2. 在程序中，开发人员可以通过选项-XX:UseTLAB设置是否开启TLAB空间。
  3. 默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅占有整个Eden空间的1%，当然我们可以通过选项-XX:TLABWasteTargetPercent设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小。
  4. 一旦对象在TLAB空间分配内存失败时，JVM就会尝试着通过使用加锁机制确保数据操作的原子性，从而直接在Eden空间中分配内存。

虚拟机堆——年轻代与老年代 - 图8