前面的文章中已经有所提到过堆,只是大致介绍了一下。本文就来详细聊聊JVM中的堆。

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在 JVM中,堆被划分成两个不同的区域:新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。

新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域:Eden区、From Survivor区、To Survivor区。

这样划分的目的是为了使JVM能够更好的管理堆内存中的对象,包括内存的分配以及回收。

根据之前对于Heap的介绍可以知道,一般对象和数组的创建会在堆中分配内存空间,关键是堆中有这么多区域,那一个对象的创建到底在哪个区域呢?


对象创建所在区域

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一般情况下,新创建的对象都会被分配到Eden区(朝生夕死),一些特殊的大的对象会直接分配到Old区。

比如有对象A,B,C等创建在Eden区,但是Eden区的内存空间肯定有限,比如有100M,假如已经使用了100M或者达到一个设定的临界值,这时候就需要对Eden内存空间进行清理,即垃圾收集(Garbage Collect),这样的GC我们称之为Minor GCMinor GC指得是Young区的GC

经过GC之后,有些对象就会被清理掉,有些对象可能还存活着,对于存活着的对象需要将其复制到Survivor区,然后再清空Eden区中的这些对象。

TLAB的全称是 Thread Local Allocation Buffer,JVM默认给每个线程开辟一个 buffer 区域,用来加速对象分配。这个 buffer 就放在 Eden 区中。

这个道理和 Java 语言中的ThreadLocal类似,避免了对公共区的操作,以及一些锁竞争。

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对象的分配优先在TLAB上 分配,但 TLAB通常都很小,所以对象相对比较大的时候,会在 Eden 区的共享区域进行分配。

TLAB是一种优化技术,类似的优化还有对象的栈上分配(这可以引出逃逸分析的话题,默认开启)。这属于非常细节的优化,不做过多介绍,但偶尔面试也会被问到。


Survivor区详解

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由图解可以看出,Survivor区分为两块S0和S1,也可以叫做From和To。在同一个时间点上,S0和S1只能有一个区有数据,另外一个是空的。

接着上面的GC来说,比如一开始只有Eden区和From中有对象,To中是空的。

此时进行一次GC操作,From区中对象的年龄就会+1,我们知道Eden区中所有存活的对象会被复制到To区,From区中还能存活的对象会有两个去处。

若对象年龄达到之前设置好的年龄阈值(默认年龄为15岁,可以自行设置参数‐XX:+MaxTenuringThreshold),此时对象会被移动到Old区, 如果Eden区和From区 没有达到阈值的对象会被复制到To区。

此时Eden区和From区已经被清空(被GC的对象肯定没了,没有被GC的对象都有了各自的去处)。

这时候From和To交换角色,之前的From变成了To,之前的To变成了From。也就是说无论如何都要保证名为To的Survivor区域是空的。

Minor GC会一直重复这样的过程,知道To区被填满,然后会将所有对象复制到老年代中。

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Old区概览

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从上面的分析可以看出,一般Old区都是年龄比较大的对象,或者相对超过了某个阈值(-XX:PretenureSizeThreshold,默认为0,表示全部进Eden区)的对象。在Old区也会有GC的操作,Old区的GC我们称作为Major GC


对象的整个生命周期

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对象1

我是一个普通的Java对象,我出生在Eden区,在Eden区我还看到和我长的很像的小兄弟我们在Eden区中玩了挺长时间。

有一天Eden区中的人实在是太多了我就被迫去了Survivor区的“From”区自从去了Survivor区我就开始漂了有时候在Survivor的“From”区有时候在Survivor的“To”区居无定所。

直到我18岁的时候爸爸说我成人了该去社会上闯闯了。

于是我就去了年老代那边年老代里人很多并且年龄都挺大的我在这里也认识了很多人。在年老代里,我生活了20年(每次GC就加一岁)然后被回收。

对象2

我天生就是个特例,与众不同,出生就和大人一样大,于是Eden区说你太大了,我们这里不你适合,然后就直接把我送到了老年区。在老年混着混着就老死了(被回收了)。

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堆中常见问题

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如何理解Minor/Major/Full GC?

面试频率也是相当高的,一般问你:请说一下Minor/Major/Full GC分别发送在哪个区域。

Minor GC:发生在年轻代的 GC
Major GC:发生在老年代的 GC。
Full GC:新生代+老年代,比如 Metaspace 区引起年轻代和老年代的回收。


为什么需要Survivor区?只有Eden不行吗?

如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC并且没有年龄限制的话, 存活的对象就会被送到老年代。

这样一来,老年代很快被填满,触发Major GC(因为Major GC一般伴随着Minor GC,也可以看做触发了Full GC)。

老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。

执行时间长有什么坏处?

频发的Full GC消耗的时间很长,会影响大型程序的执行和响应速度。

可能你会说,那就对老年代的空间进行增加或者较少咯。

假如增加老年代空间,更多存活对象才能填满老年代。虽然降低Full GC频率,但是随着老年代空间加大一旦发生FullGC执行所需要的时间更长。

假如减少老年代空间,虽然Full GC所需时间减少,但是老年代很快被存活对象填满Full GC频率增加。

所以Survivor的存在意义就是减少被送到老年代的对象进而减少Full GC的发生Survivor的预筛选保证只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象才会被送到老年代。


为什么需要两个大小一样的Survivor区?

最大的好处就是解决了碎片化。也就是说为什么一个Survivor区不行?

第一部分中,我们知道了必须设置Survivor区。假设现在只有一个Survivor区,我们来模拟一下流程:

刚刚新建的对象在Eden中一旦Eden满了触发一次Minor GCEden中的存活对象就会被移动到Survivor区。

这样继续循环下去下一次Eden满了的时候问题来了此时进行Minor GC,Eden和Survivor各有一些存活对象如果此时把Eden区的存活对象硬放到Survivor区很明显这两部分对象所占有的内存是不连续的也就导致了内存碎片化。

永远有一个Survivor space是空的另一个非空的Survivor space无碎片。


新生代中Eden:S1:S2为什么是8:1:1?

新生代中的可用内存:复制算法用来担保的内存为9:1,所以只会造成 10% 的空间浪费。
可用内存中
Eden:S1区为8:1
即新生代中
Eden:S1:S2 = 8:1:1

这个比例,是由参数 -XX:SurvivorRatio 进行配置的(默认为 8)。