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最簡單例子圖解JVM內存分配和回收

一、簡介

JVM采用分代垃圾回收。在JVM的內存空間中把堆空間分為年老代和年輕代。將大量（據說是90%以上）創建了沒多久就會消亡的對象存儲在年輕代，而年老代中存放生命周期長久的實例對象。年輕代中又被分為Eden區(聖經中的伊甸園)、和兩個Survivor區。新的對象分配是首先放在Eden區，Survivor區作為Eden區和Old區的緩衝，在Survivor區的對象經曆若幹次收集仍然存活的，就會被轉移到年老區。

簡單講，就是生命期短的對象放在一起，將少數生命期長的對象放在一起，分別采用不同的回收策略。生命期短的對象回收頻率比較高，生命期長的對象采用比較低回收頻率，生命期短的對象被嚐試回收幾次發現還存活，則被移到另外一個地方去存起來。就像現在夏天了，勤勞的douma把doudou和douba常穿的衣服放在順手的地方，把冬天的衣服打包放在櫃子另一個地方。雖然把doudou的小衣服類比成虛擬機裏的對象有點不合適，大致意思應該就是這樣。

本文中通過最簡單的一個例子來demo下這個過程，代碼很短，很簡單，希望剖析的細一點，包括每一步操作後對象的分配和回收對內存堆產生的影響。設定上包括對堆中年輕代（年輕代中eden區和survivor區）、年老代大小的設定，以及設置閾值控製年輕代到年老代的晉升。

二、示例代碼

下麵是最簡單的代碼，通過代碼的每一步的執行來剖析其中的規則。

三、執行輸出

通過jvm 參數設定幾個區域的大小，結合代碼執行可以觀察到對象在堆上分配和回收的過程。執行參數如下：

-verbose:gc -Xms200M -Xmx200M -Xmn100M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintTenuringDistribution

通過設這-Xms200M -Xmx200M 設置Java堆大小為200M，不可擴展，-Xmn100M設置其中100M分配給新生代，則200-100=100M，即剩下的100M分配給老年代。-XX:SurvivorRatio=8設置了新生代中eden與survivor的空間比例是1：8。

執行上述代碼結果如下：

[GC [DefNew
Desired survivor size 5242880 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   1:    2237152 bytes,    2237152 total
: 54886K->2184K(92160K), 0.0508477 secs] 54886K->53384K(194560K), 0.0508847 secs] [Times: user=0.03 sys=0.03, real=0.06 secs] 
[GC [DefNew
Desired survivor size 5242880 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   2:    2237008 bytes,    2237008 total
: 43144K->2184K(92160K), 0.0028660 secs] 94344K->53384K(194560K), 0.0028957 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 def new generation   total 92160K, used 65263K [0x1a1d0000, 0x205d0000, 0x205d0000)
  eden space 81920K,  77% used [0x1a1d0000, 0x1df69a10, 0x1f1d0000)
  from space 10240K,  21% used [0x1f1d0000, 0x1f3f2250, 0x1fbd0000)
  to   space 10240K,   0% used [0x1fbd0000, 0x1fbd0000, 0x205d0000)
 tenured generation   total 102400K, used 51200K [0x205d0000, 0x269d0000, 0x269d0000)
   the space 102400K,  50% used [0x205d0000, 0x237d0010, 0x237d0200, 0x269d0000)
 compacting perm gen  total 12288K, used 360K [0x269d0000, 0x275d0000, 0x2a9d0000)
   the space 12288K,   2% used [0x269d0000, 0x26a2a3c0, 0x26a2a400, 0x275d0000)
    ro space 8192K,  66% used [0x2a9d0000, 0x2af20f10, 0x2af21000, 0x2b1d0000)
    rw space 12288K,  52% used [0x2b1d0000, 0x2b8206d0, 0x2b820800, 0x2bdd0000)

從中可以看到eden 大小為81920K, Survivor中from區域和to區域大小都是10240k。新生代總的92160K指的是eden和一個Survivor區域的和。

即原始的內存如圖：

為了演示年輕代對象晉級到年老代的過程。需要設置一個VM參數， 這裏設置MaxTenuringThreshold=1。前麵不設置的時候，默認MaxTenuringThreshold取值15。當設置不同的閾值，jvm在內存處理會有不同。我們重點觀察觀察alloc1 這麼小塊區域在不同的MaxTenuringThreshold參數設置下的遭遇。

這時候JVM的參數中加上MaxTenuringThreshold=1如下：

-verbose:gc  -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=1 -XX:+PrintTenuringDistribution

可以看到輸出結果是：

[GC [DefNew
Desired survivor size 5242880 bytes, new threshold 1 (max 1)
- age   1:    2237152 bytes,    2237152 total
: 54886K->2184K(92160K), 0.0641037 secs] 54886K->53384K(194560K), 0.0641390 secs] [Times: user=0.03 sys=0.03, real=0.06 secs] 
[GC [DefNew
Desired survivor size 5242880 bytes, new threshold 1 (max 1)
: 43144K->0K(92160K), 0.0036114 secs] 94344K->53384K(194560K), 0.0036418 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 def new generation   total 92160K, used 63078K [0x1a1d0000, 0x205d0000, 0x205d0000)
  eden space 81920K,  77% used [0x1a1d0000, 0x1df69a10, 0x1f1d0000)
  from space 10240K,   0% used [0x1f1d0000, 0x1f1d0000, 0x1fbd0000)
  to   space 10240K,   0% used [0x1fbd0000, 0x1fbd0000, 0x205d0000)
 tenured generation   total 102400K, used 53384K [0x205d0000, 0x269d0000, 0x269d0000)
   the space 102400K,  52% used [0x205d0000, 0x239f2260, 0x239f2400, 0x269d0000)
 compacting perm gen  total 12288K, used 360K [0x269d0000, 0x275d0000, 0x2a9d0000)
   the space 12288K,   2% used [0x269d0000, 0x26a2a3c0, 0x26a2a400, 0x275d0000)
    ro space 8192K,  66% used [0x2a9d0000, 0x2af20f10, 0x2af21000, 0x2b1d0000)
    rw space 12288K,  52% used [0x2b1d0000, 0x2b8206d0, 0x2b820800, 0x2bdd0000)

四、過程解析

下麵觀察每一步語句執行後，jvm內存的變化情況，並給出解析。

1)在執行第一個語句，alloc1分配2M空間

後，根據分代策略，在新生代的eden區分配2M的空間存儲對象。

2)在執行第二語句，alloc2分配50M

前麵alloc1分配2M後，因為eden的80M空間還有80-2=78M還可以容納下allocation2要求的50M空間，因此接著在eden區域分配。

3）當執行第三句，alloc3分配40M

還是嚐試在eden上分配，但是eden空間隻剩下28M，不能容納alloc3要求的40M空間。於是觸發在新生代上的一次gc，將Eden區的存活對象轉移到Survivor區。在這個裏先將2M的alloc1對象存放（其實是copy，參見java 垃圾回收策略的描述）到from區，然後copy 50M的alloc2對象，顯然survivor區不能容納下alloc2對象，該對象被直接copy到年老代。需要說明的是複製到Survivor區的對象在經曆一次gc後期對象年齡會被加一。

在eden區gc後騰出空間可以存放allocation3的40M對象，則alloc3分配40M對象如圖：

4）執行第四句，將alloc3置空

這是eden上alloc3分配的的40M對象則變成可被回收狀態。

5)執行第5句，對alloc重新分配60M空間

還是嚐試先在eden區上分配，發現超出了eden區域的容量，則再次觸發新生代上的一次gc。首先eden上分配的40M對象因為沒有被再使用，則直接被回收。而根據的設置不同，這次gc的行為會稍有不同。

先看MaxTenuringThreshold不設置，即取默認值15的時候。eden區上無用的40M回收後，再考察Survivor區域的對象是否滿足對象晉升老年代的年齡閾值，發現from中的2M對象，年齡是1，不滿足晉升條件，則不被處理，隻是把Survivor區域的經曆這次回收未被處理的對象age加一，即新的age為2.如圖：

通過輸出日誌也顯示：經過這次回收年輕代大小，由43114K變為2184k，總的大小由94344k變為53384k，即反映出回收了40M無用對象。

Desired survivor size 5242880 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   2:    2237008 bytes,    2237008 total
: 43144K->2184K(92160K), 0.0028660 secs] 94344K->53384K(194560K), 0.0028957 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

在年輕代上gc後騰出空間後，新的alloc3的60M空間被分配到eden 區域上。分配後堆如下：

以上是不設置晉升閾值MaxTenuringThreshold情況下進行的gc，以及gc後alloc3的分配。

再看看當MaxTenuringThreshold設置為1的情況。同樣eden區上無用的40M回收後，再考察Survivor區域的對象是否滿足對象晉升老年代的年齡閾值，發現from中的2M對象，年齡是1，滿足晉升條件，則Survivor區域滿足年齡的對象被拷貝到年老區。

通過日誌顯示年輕代的大小被清0了，表示survivor的存活對象因為滿足晉升條件被移到被移到年老代了。

[GC [DefNew
Desired survivor size 5242880 bytes, new threshold 1 (max 1)
: 43144K->0K(92160K), 0.0036114 secs] 94344K->53384K(194560K), 0.0036418 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

同樣的，gc完後會在eden上分配空間來存儲alloc3對象，這種情況下堆結構如圖：

比較上麵兩個圖，發現差別就僅僅在於survivor中的2M對象是否被認為生存時間足夠長科院被移到年老代中去。從上麵日誌高亮部分from區域的最終存儲也可反映出了這個差別。

比較前麵兩個日誌可以看到：總的大小和上麵設置和不設置MaxTenuringThreshold（其實是MaxTenuringThreshold設置1還是15）沒有關係，都是由94344k變為53384k，即都是回收了40M eden區域無用對象。第N次gc時存活的滿足晉升條件則由survivor移到年老代，不滿足的還留在survivor區域，堆的總的大小沒有變。

五、最後

上麵通過最簡單的例子示意了下在jvm堆上對象是如果分配的，當空間不足時，是如何調整回收的。希望可以對jvm的堆上結構和gc思路有個基本的了解。當然相關參數（其實反映的是機製）遠比這個複雜，有挺多細節，更多的是在實踐中來體會。

附配圖可編輯件：jvm-allocation-and-gc

• 轉載自 並發編程網 - ifeve.com

最後更新：2017-05-22 20:03:26

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