java記憶體分配和回收策略
一、導論
java技術體系中所提到的記憶體自動化管理歸根結底就是記憶體的分配與回收兩個問題，之前已經和大家談過java回收的相關知識，今天來和大家聊聊java物件的在記憶體中的分配。通俗的講，物件的記憶體分配就是在堆上的分配，物件主要分配在新生代的Eden上（關於物件在記憶體上的分代在垃圾回收中會補上，想了解的也可以參考《深入理解java虛擬機器》），如果啟動了本地執行緒分配緩衝，講按執行緒優先在TLAB上分配。少數情況下也是直接在老年代中分配。
二、經典的分配策略
1、物件優先在Eden上分配
一般情況下物件都是優先分配在Eden上，當Eden沒有足夠的空間進行分配時，jvm會發起一次Minor GC。如果還是沒有足夠的空間分配，後面還有另外的措施，下面會提到。
設定虛擬機器的偶記日誌引數-XX:+PrintGCDetails，在垃圾回收的時候會列印記憶體的回收日誌，並且在程序退出的時候會輸出當前記憶體各區域的分配情況。下面來看下具體的例子，首先需要設定jvm的引數-Xms20m -Xmx20m -Xmn10m，這三個引數說明java堆大小為20M，且不可擴充套件，其中10M分配給新生代，剩下的10M分配給老年代。-XX:SurvivorRatio=8是jvm預設的新生代中Eden和Survivor比例，預設為8:1。原因是新生代中的物件98%都會在下一次GC的時候回收掉，所以很適合採用複製演算法進行垃圾回收，所以新生代10M的記憶體中，8M是Eden，1M是Survivor，另外的1M是未使用配合複製演算法的記憶體塊，也是Survivor。
1 public class ReflectTest {
2
3 private static final int _1MB = 1024*1024;
4
5 public static void testAllocation(){
6 byte[] allocation1 , allocation2 , allocation3 , allocation4;
7 allocation1 = new byte[2 * _1MB];
8 allocation2 = new byte[2 * _1MB];
9 allocation3 = new byte[2 * _1MB];
10 allocation4 = new byte[6 * _1MB];
11 }
12
13 public static void main(String[] args) {
14 ReflectTest.testAllocation();
15 }
16
17 }
輸出如下
Heap PSYoungGen total 9216K, used 6651K [0x000000000b520000, 0x000000000bf20000, 0x000000000bf20000) eden space 8192K, 81% used [0x000000000b520000,0x000000000bb9ef28,0x000000000bd20000) from space 1024K, 0% used [0x000000000be20000,0x000000000be20000,0x000000000bf20000) to space 1024K, 0% used [0x000000000bd20000,0x000000000bd20000,0x000000000be20000) PSOldGen total 10240K, used 6144K [0x000000000ab20000, 0x000000000b520000, 0x000000000b520000) object space 10240K, 60% used [0x000000000ab20000,0x000000000b120018,0x000000000b520000) PSPermGen total 21248K, used 2973K [0x0000000005720000, 0x0000000006be0000, 0x000000000ab20000) object space 21248K, 13% used [0x0000000005720000,0x0000000005a07498,0x0000000006be0000)
可以看到eden佔用了81%，說明allocation1 , allocation2 , allocation3 都是分配在新生代Eden上。
2、大物件直接分配在老年代上
大物件是指需要大量連續記憶體空間去存放的物件，類似於那種很長的字串和陣列。大物件對於虛擬機器的記憶體分佈來講並不是好事，當遇到很多存活僅一輪的大物件jvm更加難處理，寫程式碼的時候應該避免這樣的問題。虛擬機器中提供了-XX:PretenureSizeThreshold引數，另大於這個值的物件直接分配到老年代，這樣做的目的是為了避免在Eden區和Survivor區之間發生大量的記憶體copy，在之前講過的垃圾回收演算法複製演算法有提到過，就不多說了。
public class ReflectTestBig {
private static final int _1MB = 1024*1024;
public static void testAllocation(){
byte[] allocation2 , allocation3 , allocation4;
allocation2 = new byte[2 * _1MB];
allocation3 = new byte[2 * _1MB];
allocation4 = new byte[6 * _1MB];
}
public static void main(String[] args) {
ReflectTestBig.testAllocation();
}
}
輸出如下
Heap PSYoungGen total 8960K, used 4597K [0x000000000b510000, 0x000000000bf10000, 0x000000000bf10000) eden space 7680K, 59% used [0x000000000b510000,0x000000000b98d458,0x000000000bc90000) from space 1280K, 0% used [0x000000000bdd0000,0x000000000bdd0000,0x000000000bf10000) to space 1280K, 0% used [0x000000000bc90000,0x000000000bc90000,0x000000000bdd0000) PSOldGen total 10240K, used 6144K [0x000000000ab10000, 0x000000000b510000, 0x000000000b510000) object space 10240K, 60% used [0x000000000ab10000,0x000000000b110018,0x000000000b510000) PSPermGen total 21248K, used 2973K [0x0000000005710000, 0x0000000006bd0000, 0x000000000ab10000) object space 21248K, 13% used [0x0000000005710000,0x00000000059f7460,0x0000000006bd0000)
可以看到allocation4已經超過了設定的-XX:PretenureSizeThreshold=3145728，隨意allocation4直接被分配到了老年代，老年代佔用率為60%。注意這裡設定-XX:PretenureSizeThreshold=3145728不能寫成-XX:PretenureSizeThreshold=3m，否則jvm將無法識別。
3、長期存活的物件將進入老年代
虛擬機器既然採用了分帶收集的思想來管理記憶體，那記憶體回收就必須識別哪些物件應該放在新生代，哪些物件應該放在老年代。為了打到目的，jvm給每個物件定義了一個年齡計數器（Age）。如果物件在Eden出生並且能過第一次Minor GC後仍然存活，並且可以在Survivor存放的話，將被移動到Survivor中，並將物件的年齡設為1。物件每躲過一次Minor GC，年齡就會加1，當他的年齡超過一年的閾值的時候，該物件就會晉升到老年代。這個閾值jvm預設是15，可以通過-XX:MaxTenuringThreshold來設定。
public class JavaTest {
static int m = 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) {
byte[] a1 = new byte[1 * m / 4];
byte[] a2 = new byte[7 * m];
byte[] a3 = new byte[3 * m]; //GC
}
}
輸出如下
[GC [DefNew: 7767K->403K(9216K), 0.0062209 secs] 7767K->7571K(19456K), 0.0062482 secs]
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
a3 ok
Heap
def new generation total 9216K, used 3639K [0x331d0000, 0x33bd0000, 0x33bd0000)
eden space 8192K, 39% used [0x331d0000, 0x334f9040, 0x339d0000)
from space 1024K, 39% used [0x33ad0000, 0x33b34de8, 0x33bd0000)
to space 1024K, 0% used [0x339d0000, 0x339d0000, 0x33ad0000)
tenured generation total 10240K, used 7168K [0x33bd0000, 0x345d0000, 0x345d0000)
the space 10240K, 70% used [0x33bd0000, 0x342d0010, 0x342d0200, 0x345d0000)
compacting perm gen total 12288K, used 381K [0x345d0000, 0x351d0000, 0x385d0000)
the space 12288K, 3% used [0x345d0000, 0x3462f548, 0x3462f600, 0x351d0000)
ro space 10240K, 55% used [0x385d0000, 0x38b51140, 0x38b51200, 0x38fd0000)
rw space 12288K, 55% used [0x38fd0000, 0x396744c8, 0x39674600, 0x39bd0000)
可以看到a2已經存活了一次，年齡為1，滿足所設定的-XX:MaxTenuringThreshold=1，所以a2進入了老年代，而a3則進入了新生代。
4、動態物件年齡判定
為了能更好的適應不同程式的記憶體狀態，虛擬機器並不總是要求物件的年齡必須達到-XX:MaxTenuringThreshold所設定的值才能晉升到老年代，如果在Survivor空間中相同年齡所有物件大小的總和大於Survivor空間的一半，年齡大於或等於該年齡的物件就可以直接進入老年區，無須達到-XX:MaxTenuringThreshold中的設定值。
5、空間分配擔保
在發生Minor GC的時候，虛擬機器會檢測每次晉升到老年代的平均大小是否大於老年代的剩餘空間，如果大於，則直接進行一次FUll GC。如果小於，則檢視HandlerPromotionFailyre設定是否允許擔保失敗，如果允許那就只進行Minor GC，如果不允許則也要改進一次FUll GC。也就是說新生代Eden存不下改物件的時候就會將該物件存放在老年代。
三、常用的jvm引數設定
1、-Xms： 初始堆大小， 預設(MinHeapFreeRatio引數可以調整)空餘堆記憶體小於40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制。
2、Xmx： 最大堆大小，預設(MaxHeapFreeRatio引數可以調整)空餘堆記憶體大於70%時，JVM會減少堆直到 -Xms的最小限制。
3、-Xmn： 年輕代大小(1.4or lator)， 此處的大小是（eden+ 2 survivor space).與jmap -heap中顯示的New gen是不同的。
整個堆大小=年輕代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。
增大年輕代後,將會減小年老代大小.此值對系統性能影響較大,Sun官方推薦配置為整個堆的3/8。
4、-XX:NewSize： 設定年輕代大小(for 1.3/1.4)。
5、-XX:MaxNewSize： 年輕代最大值(for 1.3/1.4)。
6、-XX:PermSize： 設定持久代(perm gen)初始值。
7、-XX:MaxPermSize： 設定持久代最大值。
8、-Xss： 每個執行緒的堆疊大小，JDK5.0以後每個執行緒堆疊大小為1M,以前每個執行緒堆疊大小為256K.更具應用的執行緒所需記憶體大小進行 調整.在相同實體記憶體下,減小這個值能生成更多的執行緒.但是作業系統對一個程序內的執行緒數還是有限制的,不能無限生成,經驗值在3000~5000左右。
9、-XX:NewRatio： 年輕代(包括Eden和兩個Survivor區)與年老代的比值(除去持久代)，-XX:NewRatio=4表示年輕代與年老代所佔比值為1:4,年輕代佔整個堆疊的1/5。Xms=Xmx並且設定了Xmn的情況下，該引數不需要進行設定。
10、-XX:SurvivorRatio： Eden區與Survivor區的大小比值，設定為8,則兩個Survivor區與一個Eden區的比值為2:8,一個Survivor區佔整個年輕代的1/10。
11、-XX:LargePageSizeInBytes： 記憶體頁的大小不可設定過大， 會影響Perm的大小。
12、-XX:+DisableExplicitGC： 關閉System.gc()
13、-XX:MaxTenuringThreshold： 垃圾最大年齡，如果設定為0的話,則年輕代物件不經過Survivor區,直接進入年老代. 對於年老代比較多的應用,可以提高效率.如果將此值設定為一個較大值,則年輕代物件會在Survivor區進行多次複製,這樣可以增加物件再年輕代的存活 時間,增加在年輕代即被回收的概率該引數只有在序列GC時才有效。
14、-XX:PretenureSizeThreshold： 物件超過多大是直接在舊生代分配，單位位元組 新生代採用Parallel Scavenge GC時無效另一種直接在舊生代分配的情況是大的陣列物件,且陣列中無外部引用物件。
15、-XX:TLABWasteTargetPercent： TLAB佔eden區的百分比。
一、導論
java技術體系中所提到的記憶體自動化管理歸根結底就是記憶體的分配與回收兩個問題，之前已經和大家談過java回收的相關知識，今天來和大家聊聊java物件的在記憶體中的分配。通俗的講，物件的記憶體分配就是在堆上的分配，物件主要分配在新生代的Eden上（關於物件在記憶體上的分代在垃圾回收中會補上，想了解的也可以參考《深入理解java虛擬機器》），如果啟動了本地執行緒分配緩衝，講按執行緒優先在TLAB上分配。少數情況下也是直接在老年代中分配。
二、經典的分配策略
1、物件優先在Eden上分配
一般情況下物件都是優先分配在Eden上，當Eden沒有足夠的空間進行分配時，jvm會發起一次Minor GC。如果還是沒有足夠的空間分配，後面還有另外的措施，下面會提到。
設定虛擬機器的偶記日誌引數-XX:+PrintGCDetails，在垃圾回收的時候會列印記憶體的回收日誌，並且在程序退出的時候會輸出當前記憶體各區域的分配情況。下面來看下具體的例子，首先需要設定jvm的引數-Xms20m -Xmx20m -Xmn10m，這三個引數說明java堆大小為20M，且不可擴充套件，其中10M分配給新生代，剩下的10M分配給老年代。-XX:SurvivorRatio=8是jvm預設的新生代中Eden和Survivor比例，預設為8:1。原因是新生代中的物件98%都會在下一次GC的時候回收掉，所以很適合採用複製演算法進行垃圾回收，所以新生代10M的記憶體中，8M是Eden，1M是Survivor，另外的1M是未使用配合複製演算法的記憶體塊，也是Survivor。
1 public class ReflectTest {
2
3 private static final int _1MB = 1024*1024;
4
5 public static void testAllocation(){
6 byte[] allocation1 , allocation2 , allocation3 , allocation4;
7 allocation1 = new byte[2 * _1MB];
8 allocation2 = new byte[2 * _1MB];
9 allocation3 = new byte[2 * _1MB];
10 allocation4 = new byte[6 * _1MB];
11 }
12
13 public static void main(String[] args) {
14 ReflectTest.testAllocation();
15 }
16
17 }
輸出如下
Heap PSYoungGen total 9216K, used 6651K [0x000000000b520000, 0x000000000bf20000, 0x000000000bf20000) eden space 8192K, 81% used [0x000000000b520000,0x000000000bb9ef28,0x000000000bd20000) from space 1024K, 0% used [0x000000000be20000,0x000000000be20000,0x000000000bf20000) to space 1024K, 0% used [0x000000000bd20000,0x000000000bd20000,0x000000000be20000) PSOldGen total 10240K, used 6144K [0x000000000ab20000, 0x000000000b520000, 0x000000000b520000) object space 10240K, 60% used [0x000000000ab20000,0x000000000b120018,0x000000000b520000) PSPermGen total 21248K, used 2973K [0x0000000005720000, 0x0000000006be0000, 0x000000000ab20000) object space 21248K, 13% used [0x0000000005720000,0x0000000005a07498,0x0000000006be0000)
可以看到eden佔用了81%，說明allocation1 , allocation2 , allocation3 都是分配在新生代Eden上。
2、大物件直接分配在老年代上
大物件是指需要大量連續記憶體空間去存放的物件，類似於那種很長的字串和陣列。大物件對於虛擬機器的記憶體分佈來講並不是好事，當遇到很多存活僅一輪的大物件jvm更加難處理，寫程式碼的時候應該避免這樣的問題。虛擬機器中提供了-XX:PretenureSizeThreshold引數，另大於這個值的物件直接分配到老年代，這樣做的目的是為了避免在Eden區和Survivor區之間發生大量的記憶體copy，在之前講過的垃圾回收演算法複製演算法有提到過，就不多說了。
public class ReflectTestBig {
private static final int _1MB = 1024*1024;
public static void testAllocation(){
byte[] allocation2 , allocation3 , allocation4;
allocation2 = new byte[2 * _1MB];
allocation3 = new byte[2 * _1MB];
allocation4 = new byte[6 * _1MB];
}
public static void main(String[] args) {
ReflectTestBig.testAllocation();
}
}
輸出如下
Heap PSYoungGen total 8960K, used 4597K [0x000000000b510000, 0x000000000bf10000, 0x000000000bf10000) eden space 7680K, 59% used [0x000000000b510000,0x000000000b98d458,0x000000000bc90000) from space 1280K, 0% used [0x000000000bdd0000,0x000000000bdd0000,0x000000000bf10000) to space 1280K, 0% used [0x000000000bc90000,0x000000000bc90000,0x000000000bdd0000) PSOldGen total 10240K, used 6144K [0x000000000ab10000, 0x000000000b510000, 0x000000000b510000) object space 10240K, 60% used [0x000000000ab10000,0x000000000b110018,0x000000000b510000) PSPermGen total 21248K, used 2973K [0x0000000005710000, 0x0000000006bd0000, 0x000000000ab10000) object space 21248K, 13% used [0x0000000005710000,0x00000000059f7460,0x0000000006bd0000)
可以看到allocation4已經超過了設定的-XX:PretenureSizeThreshold=3145728，隨意allocation4直接被分配到了老年代，老年代佔用率為60%。注意這裡設定-XX:PretenureSizeThreshold=3145728不能寫成-XX:PretenureSizeThreshold=3m，否則jvm將無法識別。
3、長期存活的物件將進入老年代
虛擬機器既然採用了分帶收集的思想來管理記憶體，那記憶體回收就必須識別哪些物件應該放在新生代，哪些物件應該放在老年代。為了打到目的，jvm給每個物件定義了一個年齡計數器（Age）。如果物件在Eden出生並且能過第一次Minor GC後仍然存活，並且可以在Survivor存放的話，將被移動到Survivor中，並將物件的年齡設為1。物件每躲過一次Minor GC，年齡就會加1，當他的年齡超過一年的閾值的時候，該物件就會晉升到老年代。這個閾值jvm預設是15，可以通過-XX:MaxTenuringThreshold來設定。
public class JavaTest {
static int m = 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) {
byte[] a1 = new byte[1 * m / 4];
byte[] a2 = new byte[7 * m];
byte[] a3 = new byte[3 * m]; //GC
}
}
輸出如下
[GC [DefNew: 7767K->403K(9216K), 0.0062209 secs] 7767K->7571K(19456K), 0.0062482 secs]
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
a3 ok
Heap
def new generation total 9216K, used 3639K [0x331d0000, 0x33bd0000, 0x33bd0000)
eden space 8192K, 39% used [0x331d0000, 0x334f9040, 0x339d0000)
from space 1024K, 39% used [0x33ad0000, 0x33b34de8, 0x33bd0000)
to space 1024K, 0% used [0x339d0000, 0x339d0000, 0x33ad0000)
tenured generation total 10240K, used 7168K [0x33bd0000, 0x345d0000, 0x345d0000)
the space 10240K, 70% used [0x33bd0000, 0x342d0010, 0x342d0200, 0x345d0000)
compacting perm gen total 12288K, used 381K [0x345d0000, 0x351d0000, 0x385d0000)
the space 12288K, 3% used [0x345d0000, 0x3462f548, 0x3462f600, 0x351d0000)
ro space 10240K, 55% used [0x385d0000, 0x38b51140, 0x38b51200, 0x38fd0000)
rw space 12288K, 55% used [0x38fd0000, 0x396744c8, 0x39674600, 0x39bd0000)
可以看到a2已經存活了一次，年齡為1，滿足所設定的-XX:MaxTenuringThreshold=1，所以a2進入了老年代，而a3則進入了新生代。
4、動態物件年齡判定
為了能更好的適應不同程式的記憶體狀態，虛擬機器並不總是要求物件的年齡必須達到-XX:MaxTenuringThreshold所設定的值才能晉升到老年代，如果在Survivor空間中相同年齡所有物件大小的總和大於Survivor空間的一半，年齡大於或等於該年齡的物件就可以直接進入老年區，無須達到-XX:MaxTenuringThreshold中的設定值。
5、空間分配擔保
在發生Minor GC的時候，虛擬機器會檢測每次晉升到老年代的平均大小是否大於老年代的剩餘空間，如果大於，則直接進行一次FUll GC。如果小於，則檢視HandlerPromotionFailyre設定是否允許擔保失敗，如果允許那就只進行Minor GC，如果不允許則也要改進一次FUll GC。也就是說新生代Eden存不下改物件的時候就會將該物件存放在老年代。
三、常用的jvm引數設定
1、-Xms： 初始堆大小， 預設(MinHeapFreeRatio引數可以調整)空餘堆記憶體小於40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制。
2、Xmx： 最大堆大小，預設(MaxHeapFreeRatio引數可以調整)空餘堆記憶體大於70%時，JVM會減少堆直到 -Xms的最小限制。
3、-Xmn： 年輕代大小(1.4or lator)， 此處的大小是（eden+ 2 survivor space).與jmap -heap中顯示的New gen是不同的。
整個堆大小=年輕代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。
增大年輕代後,將會減小年老代大小.此值對系統性能影響較大,Sun官方推薦配置為整個堆的3/8。
4、-XX:NewSize： 設定年輕代大小(for 1.3/1.4)。
5、-XX:MaxNewSize： 年輕代最大值(for 1.3/1.4)。
6、-XX:PermSize： 設定持久代(perm gen)初始值。
7、-XX:MaxPermSize： 設定持久代最大值。
8、-Xss： 每個執行緒的堆疊大小，JDK5.0以後每個執行緒堆疊大小為1M,以前每個執行緒堆疊大小為256K.更具應用的執行緒所需記憶體大小進行 調整.在相同實體記憶體下,減小這個值能生成更多的執行緒.但是作業系統對一個程序內的執行緒數還是有限制的,不能無限生成,經驗值在3000~5000左右。
9、-XX:NewRatio： 年輕代(包括Eden和兩個Survivor區)與年老代的比值(除去持久代)，-XX:NewRatio=4表示年輕代與年老代所佔比值為1:4,年輕代佔整個堆疊的1/5。Xms=Xmx並且設定了Xmn的情況下，該引數不需要進行設定。
10、-XX:SurvivorRatio： Eden區與Survivor區的大小比值，設定為8,則兩個Survivor區與一個Eden區的比值為2:8,一個Survivor區佔整個年輕代的1/10。
11、-XX:LargePageSizeInBytes： 記憶體頁的大小不可設定過大， 會影響Perm的大小。
12、-XX:+DisableExplicitGC： 關閉System.gc()
13、-XX:MaxTenuringThreshold： 垃圾最大年齡，如果設定為0的話,則年輕代物件不經過Survivor區,直接進入年老代. 對於年老代比較多的應用,可以提高效率.如果將此值設定為一個較大值,則年輕代物件會在Survivor區進行多次複製,這樣可以增加物件再年輕代的存活 時間,增加在年輕代即被回收的概率該引數只有在序列GC時才有效。
14、-XX:PretenureSizeThreshold： 物件超過多大是直接在舊生代分配，單位位元組 新生代採用Parallel Scavenge GC時無效另一種直接在舊生代分配的情況是大的陣列物件,且陣列中無外部引用物件。
15、-XX:TLABWasteTargetPercent： TLAB佔eden區的百分比。