Java 技术体系的自动内存管理,最根本的目标是自动化地解决两个问题:自动给对象分配内存以及自动回收分配给对象的内存。
对象的内存分配,从概念上讲,应该都是在堆上分配。在经典分代的设计下,新生对象通常会分配在新生代中,少数情况下(例如对象大小超过一定阈值)也可能会直接分配在老年代。
对象分配的规则并不是固定的,《Java 虚拟机规范》并未规定新对象的创建和存储细节,这取决于虚拟机当前使用的是哪一种垃圾收集器,以及虚拟机中与内存相关的参数的设定。
Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称作GC 堆(Garbage Collected Heap).从垃圾回收的角度,由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法,所以 Java 堆还可以细分为:新生代和老年代:再细致一点有:Eden 空间、From Survivor、To Survivor 空间等。进一步划分的目的是更好地回收内存,或者更快地分配内存。
堆空间的基本结构:
上图所示的 Eden 区、From Survivor0(“From”) 区、To Survivor1(“To”) 区都属于新生代,Old Memory 区属于老年代。
经过这次 GC 后,Eden 区和”From”区已经被清空。这个时候,”From”和”To”会交换他们的角色,也就是新的”To”就是上次 GC 前的“From”,新的”From”就是上次 GC 前的”To”。不管怎样,都会保证名为 To 的 Survivor 区域是空的。Minor GC 会一直重复这样的过程,直到“To”区被填满,”To”区被填满之后,会将所有对象移动到老年代中。
对象优先在 Eden 分配
目前主流的垃圾收集器都会采用分代回收算法,因此需要将堆内存分为新生代和老年代,这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。
大多数情况下,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,虚拟机将发起一次
Minor GC
大对象直接进入老年代
大对象 就是指需要大量连续内存空间的 Java 对象,最典型的大对象便是那种很长的字符串,或者元素数量很庞大的数组。
在 Java 虚拟机中要避免大对象的原因是,在分配空间时,它容易导致内存明明还有不少空间时就提前触发垃圾收集,以获取足够的连续空间才能安置好它们,而当复制对象时,大对象就意味着高额的内存复制开销。
HotSpot 虚拟机提供了 -XX:PretenureSizeThreshold 参数,指定大于该设置值的对象直接在老年代分配,这样做的目的就是避免在 Eden 区以及两个 Survivor 区之间来回复制,产生大量的内存复制操作。
长期存活的对象将进入老年代
既然虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存,那么内存回收时就必须能识别哪些对象应放在新生代,哪些对象应放在老年代中。
为了做到这一点,虚拟机给每个对象一个对象年龄(Age)计数器,存储在对象头中。
对象通常在 Eden 区诞生,如果经过第一次 Minor GC 后仍然存活,并且能被 Survivor 容纳的话,该对象会被移动到 Survivor 空间中,并将将其对象年龄设为 1岁。对象在 Survivor 中每熬过一次 Minor GC,年龄就增加 1 岁,当它的年龄增加到一定程度(默认为 15 岁),就会被晋升到老年代中。对象晋升到老年代的年龄阈值,可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold 来设置。
动态对象年龄判定
为了能更好地适应不同程序的内存状况,HotSpot 虚拟机并不是永远要求对象的年龄必须达到 -XX:MaxTenuringThreshold 才能晋升老年代,如果在 Survivor 空间中低于或等于某年龄的所有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可以直接进入老年代,无须等到 -XX:MaxTenuringThreshold 中要求的年龄。
空间分配担保
在发生 Minor GC 之前,虚拟机必须先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总空间,如果这个条件成立,那这一次 Minor GC 可以确保是安全的。如果不成立,则虚拟机会先查看 -XX:HandlePromotionFailure 参数的设置值是否允许担保失败;如果允许,那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,如果大于,将尝试进行一次 Minor GC, 尽管这次Minor GC 是有风险的;如果小于,或者-XX:HandlePromotionFailure 设置不允许冒险,那这时就要改为进行一次 Full GC.