jvm分代模型

2024-02-29 19:23:34

分代模型介绍

根据写代码方式的不同，采用不同的方式来创建和使用对象，其实对象的生存周期不同，所以JVM将Java堆内存划分为两个区域：年轻代、老年代

通过下面的代码，来看下方法区，Java虚拟机栈和Java堆内存的关系图

public class HelloWorld {
    private static Demo1 demo1 = new Demo1();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        executeDemo2();
        while (true) {
            executeDemo1();
            Thread.sleep(6000);
        }
    }

    public static void executeDemo2() {
        Demo2 demo2 = new Demo2();
        demo2.execute();
    }

    public static void executeDemo1() {
        demo1.execute();
    }
}

HelloWorld类中一个静态变量demo1引用了Demo1对象，由于静态变量会长期留存在内存中使用，则demo1对象会在年轻代中留存一会，然后最终进入老年代，此时的关系图如下：

进入main方法后，会先调用executeDemo2()，执行Demo2对象的execute()方法，在executeDemo2方法会创建Demo2对象，这个对象他是用完就会回收，所以是会放在年轻代里的，由栈帧里的局部变量来引用

一旦executeDemo2()方法执行完毕后，方法的栈帧则会出栈内栈，栈内存立即回收，对应的年代里的Demo2对象会被称为垃圾对象，等待垃圾回收机制回收

紧接着会执行while循环代码，会周期性的调用executeDemo1()方法

垃圾回收机制算法

复制算法

针对新生代的垃圾回收算法，叫做复制算法，顾名思义是将存货的对象复制到另外的地方。

这就是所谓的“复制算法“，把新生代内存划分为两块内存区域，然后只使用其中一块内存

待那块内存快满的时候，就把里面的存活对象一次性转移到另外一块内存区域，保证没有内存碎片

接着一次性回收原来那块内存区域的垃圾对象，再次空出来一块内存区域。两块内存区域就这么重复着循环使用

复制算法缺点

按照上面的思路，从图中可以看出，每次都需要空出一般的内存不使用，非常的浪费内存，加入给新生代1G的内存空间，但是按照上面的模型只有512MB的空间可以使用，这样的话对内存的使用率只有50%

我们的代码中不停的创建对象然后分配在新生代中，但是一般很快创建的对象没人引用，成为垃圾对象，此时被垃圾回收机制回收，绝大多数的对象都是存活周期非常短的对象，可能被创建出来1毫秒之后就没人引用了，所以在每一次新生代垃圾回收后，绝大多数数对象都被垃圾回收，只有极少个数的对象存活下来。

解决办法

所以JVM内存模型中，把新生代内存区域划分为三块：

1个Eden区，2个Survivor区，其中Eden区占80%内存空间，每一块Survivor区各占10%内存空间，比如说Eden区有800MB内存，每一块Survivor区就100MB内存，如下图：

平时可以使用的，就是Eden区和其中一块Survivor区，那么相当于就是有900MB的内存是可以使用的

刚开始对象都是分配在Eden区内的，如果Eden区快满了，此时就会触发垃圾回收，此时就会把Eden区中的存活对象都一次性转移到一块空着的Survivor区。接着Eden区就会被清空，然后再次分配新对象到Eden区里，此时：Eden区和一块Survivor区里是有对象的，其中Survivor区里放的是上一次Minor GC后存活的对象。

如果下次再次Eden区满，那么再次触发Minor GC，就会把Eden区和放着上一次Minor GC后存活对象的Survivor区内的存活对象，转移到另外一块Survivor区去

这么做最大的好处，就是只有10%的内存空间是被闲置的，90%的内存都被使用上了

无论是垃圾回收的性能，内存碎片的控制，还是说内存使用的效率，都非常的好

内存标记算法

被使用的内存区域中的垃圾对象进行标记，标记出哪些对象可以被垃圾回收，然后直接对内存区域中的对象进行垃圾回收，把内存空出来，在被内存使用的区域里，回收掉了大量的垃圾对象，但是保留了一些被人引用的存活对象。但是存活的对象在内存区域中东一个西一个，非常的凌乱，而且造成了大量的内存碎片

图中圈红的则为出来的内存碎片，有些内存太小则无法被其他对象使用，则会造成内存浪费

年轻代

大部分的正常对象，都是优先在新生代分配内存的

老年代

新生代里的对象一般在什么场景下会进入老年代？

躲过15次GC之后进入老年代

如果一个实例对象在新生代中，成功的在15次垃圾回收后，还没有被回收掉，则会被转移到老年代中

可以通过JVM参数“-XX:MaxTenuringThreshold”来设置，默认是15岁
动态对象年龄判断

此规则让对象不用等待15次GC后就进入老年代

假如当前对象的的Survivor区域里，一批对象的总大小大于了这块Survivor区域的内存大小的50%，那么此时大于等于这批对象年龄的对象，就可以直接进入老年代了
大对象直接进入老年代

JVM参数：是“-XX:PretenureSizeThreshold”，可以把他的值设置为字节数，比如“1048576”字节，就是1MB，如果创建的一个大于这个参数设置的大小对象，就直接把这个大对象放到老年代去，不会经过新生代
Minor GC后的对象太多，无法放入Survivor区

如果在Minor GC之后发现剩余的存活对象太多了，没办法放入另外一块Survivor区怎么办

在经过GC后，Edenl区里还有150MB的对象存活，Survivor区的内存只有100MB，此时无法放入S区，则将这些对象直接转移到老年代中去

老年代空间分配担保规则

存在一个问题：如果新生代里有大量对象存活下来，确实是Survivor区装不下，必须转移到老年代中去，但是如果老年代里空间也不够放这些对象，此时JVM会怎么操作？

首先，在执行任何一次Minor GC之前，JVM会先检查一下老年代可用的可用内存空间，是否大于新生代所有对象的总大小。

**为啥检查这个呢？**因为最极端的情况下，可能新生代Minor GC过后，所有对象都存活下来了，那岂不是新生代所有对象全部要进入老年代？

如果发现老年代的内存大小是大于新生代所有对象的，就可以放心大胆的对新生代发起一次MinorGC，因为即使Minor GC之后所有对象存活，Survivor区放不下了，也可以转移到老年代去。

但是假如执行Minor GC之前，发现老年代的可用内存已经小于了新生代的全部对象大小了

那么这个时候是不是有可能在Minor GC之后新生代的对象全部存活下来，然后全部需要转移到老年代去，但是老年代空间又不够？

所以假如Minor GC之前，发现老年代的可用内存已经小于了新生代的全部对象大小了，就会看一个“-XX:-

**HandlePromotionFailure”**的参数是否设置

下一步判断，就是看看老年代的内存大小，是否大于之前每一次Minor GC后进入老年代的对象的平均大小

举个例子，之前每次Minor GC后，平均都有10MB左右的对象会进入老年代，那么此时老年代可用内存大于10MB。

这就说明，很可能这次Minor GC过后也是差不多10MB左右的对象会进入老年代，此时老年代空间是够的

如果上面那个步骤判断失败了，或者是“-XX:-HandlePromotionFailure”参数没设置，此时就会直接触发一次“Full GC”，就是对老年代进行垃圾回收，尽量腾出来一些内存空间，然后再执行Minor GC

如果上面两个步骤都判断成功了，那么就是说可以冒点风险尝试一下Minor GC。此时进行Minor GC有几种可能

第一种可能，Minor GC过后，剩余的存活对象的大小，是小于Survivor区的大小的，那么此时存活对象进入Survivor区域即可。
第二种可能，Minor GC过后，剩余的存活对象的大小，是大于 Survivor区域的大小，但是是小于老年代可用内存大小的，此时就直接进入老年代即可。
第三种可能，很不幸，Minor GC过后，剩余的存活对象的大小，大于了Survivor区域的大小，也大于了老年代可用内存的大小。此时老年代都放不下这些存活对象了，就会发生“Handle Promotion Failure”的情况，这个时候就会触发一次“Full GC”。

Full GC就是对老年代进行垃圾回收，同时也一般会对新生代进行垃圾回收。

因为这个时候必须得把老年代里的没人引用的对象给回收掉，然后才可能让Minor GC过后剩余的存活对象进入老年代里面。

如果要是Full GC过后，老年代还是没有足够的空间存放Minor GC过后的剩余存活对象，那么此时就会导致所谓的

“OOM”内存溢出

上面的文字描述比较绕，可参考下面的流程图查看：

老年代垃圾回收算法

触发垃圾回收的时机

在Minor GC之前，一通检查发现很可能Minor GC之后要进入老年代的对象太多了，老年代放不下，此时需

要提前触发Full GC然后再带着进行Minor GC
在Minor GC之后，发现剩余对象太多放入老年代都放不下

老年代采取的是标记整理算法

如果系统频繁出现老年代的Full GC垃圾回收，会导致系统性能被严重影响，出现频繁卡顿的情况

码农公寓