JVM 真香系列：堆内存详解

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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。





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





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 GC，Minor 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。





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





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。







Old区概览





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





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）。





堆中常见问题





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 GC，Eden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）。



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