Java虛擬機器:JVM記憶體分代策略
Java虛擬機器根據物件存活的週期不同,把堆記憶體劃分為幾塊,一般分為新生代、老年代和永久代(對HotSpot虛擬機器而言),這就是JVM的記憶體分代策略。
為什麼要分代?
堆記憶體是虛擬機器管理的記憶體中最大的一塊,也是垃圾回收最頻繁的一塊區域,我們程式所有的物件例項都存放在堆記憶體中。給堆記憶體分代是為了提高物件記憶體分配和垃圾回收的效率。試想一下,如果堆記憶體沒有區域劃分,所有的新建立的物件和生命週期很長的物件放在一起,隨著程式的執行,堆記憶體需要頻繁進行垃圾收集,而每次回收都要遍歷所有的物件,遍歷這些物件所花費的時間代價是巨大的,會嚴重影響我們的GC效率,這簡直太可怕了。
有了記憶體分代,情況就不同了,新建立的物件會在新生代中分配記憶體,經過多次回收仍然存活下來的物件存放在老年代中,靜態屬性、類資訊等存放在永久代中,新生代中的物件存活時間短,只需要在新生代區域中頻繁進行GC,老年代中物件生命週期長,記憶體回收的頻率相對較低,不需要頻繁進行回收,永久代中回收效果太差,一般不進行垃圾回收,還可以根據不同年代的特點採用合適的垃圾收集演算法。分代收集大大提升了收集效率,這些都是記憶體分代帶來的好處。
記憶體分代劃分
Java虛擬機器將堆記憶體劃分為新生代、老年代和永久代,永久代是HotSpot虛擬機器特有的概念,它採用永久代的方式來實現方法區,其他的虛擬機器實現沒有這一概念,而且HotSpot也有取消永久代的趨勢,在JDK 1.7中HotSpot已經開始了“去永久化”,把原本放在永久代的字串常量池移出。永久代主要存放常量、類資訊、靜態變數等資料,與垃圾回收關係不大,新生代和老年代是垃圾回收的主要區域。記憶體分代示意圖如下:
新生代(Young)
新生成的物件優先存放在新生代中,新生代物件朝生夕死,存活率很低,在新生代中,常規應用進行一次垃圾收集一般可以回收70% ~ 95% 的空間,回收效率很高。
HotSpot將新生代劃分為三塊,一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間,預設比例為8:1:1。劃分的目的是因為HotSpot採用複製演算法來回收新生代,設定這個比例是為了充分利用記憶體空間,減少浪費。新生成的物件在Eden區分配(大物件除外,大物件直接進入老年代),當Eden區沒有足夠的空間進行分配時,虛擬機器將發起一次Minor GC。
GC開始時,物件只會存在於Eden區和From Survivor區,To Survivor區是空的(作為保留區域)。GC進行時,Eden區中所有存活的物件都會被複制到To Survivor區,而在From Survivor區中,仍存活的物件會根據它們的年齡值決定去向,年齡值達到年齡閥值(預設為15,新生代中的物件每熬過一輪垃圾回收,年齡值就加1,GC分代年齡儲存在物件的header中)的物件會被移到老年代中,沒有達到閥值的物件會被複制到To Survivor區。接著清空Eden區和From Survivor區,新生代中存活的物件都在To Survivor區。接著, From Survivor區和To Survivor區會交換它們的角色,也就是新的To Survivor區就是上次GC清空的From Survivor區,新的From Survivor區就是上次GC的To Survivor區,總之,不管怎樣都會保證To Survivor區在一輪GC後是空的。GC時當To Survivor區沒有足夠的空間存放上一次新生代收集下來的存活物件時,需要依賴老年代進行分配擔保,將這些物件存放在老年代中。
老年代(Old)
在新生代中經歷了多次(具體看虛擬機器配置的閥值)GC後仍然存活下來的物件會進入老年代中。老年代中的物件生命週期較長,存活率比較高,在老年代中進行GC的頻率相對而言較低,而且回收的速度也比較慢。
永久代(Permanent)
永久代儲存類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料,對這一區域而言,Java虛擬機器規範指出可以不進行垃圾收集,一般而言不會進行垃圾回收。
Minor GC 和 Full GC的區別
新生代GC(Minor GC):Minor GC指發生在新生代的GC,因為新生代的Java物件大多都是朝生夕死,所以Minor GC非常頻繁,一般回收速度也比較快。當Eden空間不足以為物件分配記憶體時,會觸發Minor GC。
老年代GC(Full GC/Major GC):Full GC指發生在老年代的GC,出現了Full GC一般會伴隨著至少一次的Minor GC(老年代的物件大部分是Minor GC過程中從新生代進入老年代),比如:分配擔保失敗。Full GC的速度一般會比Minor GC慢10倍以上。當老年代記憶體不足或者顯式呼叫System.gc()方法時,會觸發Full GC。