HotSpot 内存分配的主要规则

布满荆棘的人生 2023-01-04 14:59 107阅读 0赞

分配与回收，是 Java 虚拟机自动管理内存的两个部分。

之前提的垃圾内存回收的三种算法与常见的垃圾收集器，这些都是内存的回收，那 JVM 是如何分配内存呢？

Java 虚拟机规范并没有规定对象的创建和存储的细节，每款收集器都有各自的实现。

我本地环境是：

**JDK 1.8、64 位、win7、HotSpot 默认 JVM 配置 **

**Parallel Scavenge + Parallel Old 组合，会加参数改收集器**

**1、新对象，一般会优先被分配到新生代 Eden 区，当 Eden 区没有足够空间虚拟机将发起 Minor GC**

代码：

package constxiong.jvm.gc;
    
    /**
     * 测试分配对象到 Eden 区
     */
    public class AllocateToEden {
    
        public static void main(String[] args) {
        }
    
    }

参数：

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails

GC 日志：

[![77834cb389680521804949a8c282d29f.png][]][77834cb389680521804949a8c282d29f.png 1]

说明：

> \-Xms20M 初试堆内存大小 20M  
> \-Xmx20M 最大堆内存大小 20M  
> \-Xmn10M 新生内存大小 10M  
> \-XX:SurvivorRatio=8 新生代中 Eden:Survivor:Survivor=8:1:1,Eden 占 80%  
> \-XX:+PrintGCDetails 打印 GC 日志详情  
> 这样配，
> 
> 堆的大小为 20M  
> 新生代：Eden 就 8M = 8192K，两个 Survivor(from、to) 分别为 1M = 1024K  
> 老年代：10M = 10240K  
>   
>   
> 上面代码启动并未分配对象，Eden 消耗了 2314K，元空间 Metaspace 消耗了 3458K

修改代码在 main 方法分配一个 2M 的字节数组

代码：

package constxiong.jvm.gc;
    
    /**
     * 测试分配对象到 Eden 区
     */
    public class AllocateToEden {
    
        public static void main(String[] args) {
            byte[] array1 = new byte[2 * 1024 * 1024];//2M 数组
        }
    
    }

GC 日志：

[![a76dc6f566ebe082e519b02099a4e823.png][]][a76dc6f566ebe082e519b02099a4e823.png 1]

说明：

> 2M 数组对象，别分配到了新生代的 Eden 区，未分配对象前 Eden 消耗 2314K，加上 2048K，等于 4362K

**2、占用连续空间的大对象(超长字符串、数组)，可以直接分配到老年代，避免在新生代的两个 Survivor 区来回复制大对象**

修改代码，再分配一个大对象 8M 数组：

package constxiong.jvm.gc;
    
    /**
     * 测试分配大对象到老年代
     */
    public class AllocateToOldGeneration {
    
        public static void main(String[] args) {
            byte[] array1 = new byte[2 * 1024 * 1024]; //2M 数组
            byte[] array2 = new byte[8 * 1024 * 1024]; //8M 数组
        }
    
    }

参数未变：

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails

GC 日志：

[![3b89088da4c056485e7177310a6487a0.png][]][3b89088da4c056485e7177310a6487a0.png 1]

说明：

> 新生代已经不够分配 8M 的数组对象，所以直接分配到老年代

\-XX:PretenureSizeThreshold 可以指定当对象大小超过这个阀值时，会被分配到老年代；但 Parallel Scavenge 并不支持，所以添加参数 -XX:PretenureSizeThreshold=3145728，指定垃圾收集器为 Serial ，同时修改代码，把 8M 的数组改为 3M

代码：

package constxiong.jvm.gc;
    
    /**
     * 测试分配对象到老年代
     */
    public class AllocateToOldGeneration {
    
        public static void main(String[] args) {
            byte[] array1 = new byte[2 * 1024 * 1024]; //2M 数组
            byte[] array2 = new byte[3 * 1024 * 1024]; //3M 数组
        }
    
    }

参数：

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -XX:PretenureSizeThreshold=3145728

GC 日志：

[![76bb9223ac7940fba6c8d91a21b2ad8e.png][]][76bb9223ac7940fba6c8d91a21b2ad8e.png 1]

**3、存活超过一定年龄的对象会被移到老年代**

对象熬过一次 Minor GC 年龄就增加，默认配置年龄超过 15 之后，对象会被移到老年代，可以通过 -XX:MaxTenuringThreshold 进行配置该阀值

代码：

package constxiong.jvm.gc;
    
    /**
     * 测试移动超过一定年龄的对象到老年代
     */
    public class AllocateToOldGeneration {
    
        public static void main(String[] args) {
            byte[] array1 = new byte[1024 * 1024 / 10]; //0.1M
            byte[] array2 = new byte[4 * 1024 * 1024]; //4M
            array2 = null;
            array2 = new byte[4 * 1024 * 1024]; //4M
        }
    
    }

参数：

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=3 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=1

GC 日志：

![bcee023117c990e2dd0eefc4304c505c.png][]

说明：

> \-XX:SurvivorRatio=3，eden=6M、from survivor=2M、to survivor=2M
> 
>  
> 
> byte\[\] array2 = new byte\[4 \* 1024 \* 1024\]; 这行代码执行的时候触发第一次 GC，此时 array1 和部分其他启动时创建的对象继续保留在新生代且年龄加 1
> 
>   
> 最后一行代码，array2 = new byte\[4 \* 1024 \* 1024\]; 代码执行，触发第二次 GC，由于参数中配置了 -XX:MaxTenuringThreshold=1，年龄大于等于 1 的对象都移动到老年代，此次 GC 后新生代为 0

修改参数，把 -XX:MaxTenuringThreshold=1 改为 15

代码不变，参数：

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=3 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=15

GC 日志：

[![7e346f81ee0264fe44da29cc4bd53cbc.png][]][7e346f81ee0264fe44da29cc4bd53cbc.png 1]

说明：

> 修改 -XX:MaxTenuringThreshold=15，代码未变，array1 对象仍然保留在新生代，此时新生代不为 0
> 
>   
> 这条规则需要同时结合下一条：相同年龄所有对象占用内存之和，大于 Survivor 区空间一半时，大于等于该年龄的对象会被移到老年代。**如果本例中的参数 -XX:SurvivorRatio=3 仍然等于 8 的话，第二次 GC 之后新生代仍然为 0，因为相同年龄的对象和大于 survivor 区 1M 的一半了**

**4、相同年龄所有对象占用内存之和，大于 Survivor 区空间一半时，大于等于该年龄的对象会被移到老年代**

代码：

package constxiong.jvm.gc;
    
    /**
     * 测试相同年龄所有对象占用内存之和，大于 Survivor 区空间一半时，大于等于该年龄的对象会被移到老年代
     */
    public class AllocateToOldGeneration {
    
        public static void main(String[] args) {
            byte[] array1 = new byte[1024 * 1024 / 4]; //0.25M
            byte[] array2 = new byte[4 * 1024 * 1024]; //4M
            byte[] array3 = new byte[4 * 1024 * 1024]; //4M，触发第一次 GC
            array3 = null;
            array3 = new byte[4 * 1024 * 1024]; //4M，触发第二次 GC，把所有年轻代的对象移动到老年代
        }
    
    }

参数：

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=15

GC 日志：

[![4f3a68039dd95ce5bfbb2ff15d863ffd.png][]][4f3a68039dd95ce5bfbb2ff15d863ffd.png 1]

说明：

> byte\[\] array3 = new byte\[4 \* 1024 \* 1024\]; 这行代码执行的时候触发第一次 GC，此时 array2 被移到老年代，array1 和部分其他启动时创建的对象继续保留在新生代且年龄加 1  
> 最后一行代码，array3 = new byte\[4 \* 1024 \* 1024\]; 代码执行，触发第二次 GC，参数中配置了 XX:MaxTenuringThreshold=15，但相同年龄的对象占用内存大于 Survivor 区的一半，所有都移动到老年代，此次 GC 后新生代为 0

**5、分配担保**

主要解决的是，当老年代的连续可用空间不大于新生代的所有对象总内存时，这次 Minor GC 就是有风险的，根据参数 HandlePromotionFailure 决定是否进行担保分配的逻辑。

JDK 6 Update 24 开始，只要老年代的连续空间大于新生代对象总和或历次晋升的平均值，就会发生 Minor GC；否则进行 Full GC。

**补充：不同版本 JDK、不同参数，相同代码 GC 情况不一**

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