JVM探秘：内存分配与回收策略

本系列笔记主要基于《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践第2版》，是这本书的读书笔记。

内存分配一般关注的是对象在堆上分配的情况，对象主要分配在新生代的Eden区中，如果启用了本地线程分配缓冲，将按线程优先在TLAB上分配。少数情况下也会直接分配在老年代中，这取决于使用的垃圾收集器组合，以及设置的JVM参数。

对象优先在Eden分配

大多数情况下，对象在Eden区中分配。当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机会发起一次Minor GC。

Minor GC：发生在新生代的垃圾收集，因为一般大多对象具有朝生夕灭的特性，所以Minor GC发生非常频繁，回收速度也比较快。
Major GC/Full GC：发生在老年代的垃圾收集，发生了Major GC，Major GC的回收速度比较慢。

当Minor GC时，发现Eden中已存在的对象，也无法放入Survivor区，那么就会通过分配担保机制提前转移到老年代。

大对象直接进入老年代

大对象一般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或数组，例如new byte[10 * 1024 * 1024]是一个10M的大对象。遇到大对象对虚拟机来说是可怕的，更可怕的是遇到一群朝生夕灭的短命大对象。经常遇到大对象，会导致在内存还有不少空间时就提前触发垃圾收集，用以获取足够的连续内存空间来安置大对象。

虚拟机提供了一个参数-XX:PretenureSizeThreshold，大于这个参数的对象会直接在老年代分配。这样能避免在Eden区和两个Survivor区之间大量的内存复制（新生代采用复制算法）。

长期存活的对象进入老年代

虚拟机采用了分代收集的思想来回收内存，既然这样，那内存回收时，虚拟机需要能识别哪些对象应该放到新生代，哪些对象应该放到老年代。为了做到这点，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器。

如果对象在Eden区出生后经过一次Minor GC仍然存活，并且能被Survivor区容纳的话，那么对象将被移动到Survivor空间，同时对象年龄设为1。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，对象年龄就增加1岁。当对象年龄达到一定值后（默认15），对象就会晋升到老年代中。这个晋升到老年代的年龄阈值，可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold设置。

动态对象年龄判定

有时为了适应不同的内存情况，虚拟机并不是死板的按照-XX:MaxTenuringThreshold的值，要求对象必须达到年龄阈值才能晋升老年代。

如果在Survivor空间中，所有相同年龄的对象的大小总和，大于Survivor空间的一半，那么年龄大于或等于该年龄的对象，都可以直接进入老年代，无须等到-XX:MaxTenuringThreshold设置的年龄阈值。

空间分配担保

新生代采用了复制收集算法，为了提高内存利用率，通常将新生代划分为了1个Eden区，和2个相同大小的Survivor区，它们的大小比例是8:1:1。这样其中的一个Survivor区来作为轮换备份，当出现大量对象在Minor GC后仍然存活时（极端情况例如所有对象都存活），Survivor区无法容纳，这时就需要老年代进行分配担保，将Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。

老年代进行这样的分配担保，前提是老年代本身还有容纳这些对象的剩余空间。而有多少对象能存活下来在内存回收之前是无法准确预知的，所以只好根据之前每次回收晋升到老年代对象容量的平均大小，作为经验值，与老年代剩余空间进行比较。如果经验值大于剩余空间，这时老年代空间不足，就会发起一次Full GC。如果经验值小于剩余空间，就会Minor GC，这时新生代内存回收实际发生后，如果晋升到老年代时老年代空间不足，就会担保失败，担保失败则会再发起Full GC。

可见，担保失败后再Full GC，绕的圈子是最大的。按照现在分配担保的规则，只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小，或历次晋升的平均大小，就会进行Minor GC，否则进行Full GC。