A4. JVM 内存分配及回收策略

【概述】

　　Java 技术体系中所提倡的自动内存管理最终可以归结为自动化地解决两个问题：给对象分配内存以及回收分配给对象的内存。

　　对象的内存分配，往大方向讲，就是在堆上分配，对象主要分配在新生代的 Eden 区上，如果启动了本地线程分配缓存(使用 ThreadLocal 类)，则将线程优先在 TLAB（Thread Local Allocation Buffer） 上分配。少数情况下也可能会直接分配在老年代上，分配的规则并不是百分之百固定的，其细节取决于当前使用的是哪一种垃圾收集组合，还有虚拟机中与内存相关的参数的设置。

【基础知识】

　　1). Java 对象的内存分配区域主要在 Java Heap（Java  堆），Java Heap 主要分为新生代和老年代，新生代又分为 Eden 区、Survivor From 区、Survivor To 区。

　　2). 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。

　　3).  Minor GC 和 Full GC：

• 新生代 GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为 Java 对象大多具备朝生夕灭的特性，所以 Minor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快。
• 老年代 GC（Major GC / Full GC）：指发生在老年代的 GC，出现了 Full GC，经常会伴有至少一次的 Minor GC。Full GC 的速度一般会比 Minor GC 慢 10 倍以上。

　　4). 大对象直接进入老年代

　　所谓的大对是指：需要大量连续内存空间的 Java 对象，最典型的大对象就是那种很长的字符串以及数组。大对象对虚拟机的内存分配来说是一个坏消息，经常出现大对象容易导致内存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来 “安置” 它们。

　　5). 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到哪些对象应该放在新生代，哪些对象应该放在老年代。为了做到这点，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在 Eden 出生并经过第一次 Minor GC 后仍然存活，并且能被 Survivor 容纳的话，将被移动到 Survivor 空间中，并且对象年龄段设为 1。对象在 Survivor 区中每 "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。对象晋升老年代的年龄阀值，可以通过参数 -XX:maxTenuringThreshold 设置。

　　6). 动态年龄判定：为了能更好地适应不同程序的内存状况，虚拟机并不是永远地要求对象的年龄必须达到了 maxTenuringThreshold 才能晋升老年代，如果在 Survivor 空间中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，年龄大于或者等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无须等到 maxTenuringThreshold 中要求的年龄。

　　7).空间分配担保：在发生 Minor GC 之前，虚拟机会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，那么 Minor GC 可以确保是安全的。如果不成立，则虚拟机会查看 HandlePromotionFailure 设置值是否允许担保失败。如果允许，那么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，将尝试着进行一次 Minor GC， 尽管这次 Minor GC 是有风险的；如果小于，或 HandlePromotionFailure 设置不允许冒险，那此时则需要进行一次 Full GC。

　　下面解释一下“冒险” 是什么意思? 新生代使用复制收集算法，为了内存利用率，只使用其中一个 Survivor 空间来作为轮换备份，因此当出现大量对象 Minor GC 后仍然存活的情况（最极端的情况就是内存回收后新生代中所有对象都存活），就需要老年代进行分配担保，把 Survivor 无法容纳的对象直接进入老年代。与生活中的贷款担保类似，老年代要进行这样的担保，前提是老年代本身还有容纳这些对象的剩余空间，一共有多少对象会活下来在实际内存回收之前是无法明确知道的，所以只好取之前每一次晋升到老年代的对象容量的平均大小值作为经验值，与老年代的剩余空间进行比较，决定是否进行 Full GC 来让老年代腾出更多空间。

　　取平均值进行比较其实仍然是一种动态概率的手段，也就是说，如果某次 Full GC 存活后的对象突增，远远高于平均值的话，依然会导致担保失败（Handle Promotion Failure）。如果出现了 HandlePromotionFailure 失败，那就只好在失败后重新发起一次 Full GC。虽然担保失败时绕的圈子是最大的，但大部分情况下都还是会将 HandlePromotionFailure 开关打开，避免 Full GC 过于频繁。

　　JDK 1.6 Update 24 之后，HandlePromotionFailure 参数不会再影响到虚拟机的空间分配担保策略，其规则变为：只有老年代的最大连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小，则进行 Minor GC, 否则进行 Full GC。