堆的细分内存结构

现代垃圾收集器大部分都基于分代收集理论设计，堆空间细分为:

  • Java 7及以前内存逻辑上分为三个部分：新生区+养老区+永久区
    • Young Generation Space 新生区 Young/New
      • 又被划分为Eden区和Survivor区
    • Tenure generation Space 养老区 Old/Tenure
    • Permanent Space 永久区 Perm
  • Java 8及之后堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+元空间
    • Young Generation Space 新生区 Young/New
      • 又被划分为Eden区和Survivor区
    • Tenure generation Space 养老区 Old/Tenure
    • Meta Space 元空间 Meta

约定：新生区=新生代=年轻代 | 养老区=老年区=老年代 | 永久区=永久代

堆空间大小的设置

  • Java堆区用于存储Java对象实例，那么堆的大小在JVM启动时就已经设定好了，大家可以通过选项”-Xmx”和”-Xms”来进行设置。
    • “-Xms”用于表示堆区的起始内存，等价于-XX:InitialHeapSize
    • “-Xmx”则用于表示堆区的最大内存，等价于-XX:MaxHeapSize
  • 一旦堆区的内存大小超过”-Xmx”所指定的内存时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
  • 通常会将 -Xms和 -Xmx两个参数配置相同的值，其目的是为了能够在java垃圾回收机制清理完堆区后不需要重新分隔计算堆区的大小，从而提高性能。
  • 默认情况下，初始内存大小：物理电脑内存大小/64，最大内存大小：物理电脑内存大小/4

年轻代与老年代

配置新生代与老年代在堆结构的占比

  • 默认-XX:NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3
    年轻代与老年代
  • 可以修改-XX:NewRatio=4，表示新生代占1，老年代占4，新生代占整个堆的1/5
  • 几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的
  • 绝大部分的Java对象的销毁都在新生代进行了
  • 可以使用选项”-Xmn”设置新生代最大内存大小
    • 这个参数一般使用默认值就可以了

对象的分配

对象晋升
对象分配总结:

  • 针对幸存者s0，s1区：复制之后有交换，谁空谁是to
  • 关于垃圾回收：频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不在永久区/元空间收集

特殊情况

对象晋升流程图

Minor GC Major GC Full GC

JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存（新生代、老年代；方法区）区域一起回收的，大部分时候回收的都是指新生代。
针对Hotspot VM的实现，它里面的GC按照回收区域又分为两大类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是 整堆收集（Full GC）

  • 部分收集
    • 新生代收集(Minor GC/Young GC)：只是新生代(Eden,s0,s1)的垃圾收集
    • 老年代收集(Major GC/Old GC)：只是老年代的垃圾收集
      • 目前，只有CMS GC会有单独收集老年代的行为。
      • 注意，很多时候Major GC会和Full GC混淆使用，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收。
    • 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集
      • 目前只有G1 GC会有这种行为
  • 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆和方法区的垃圾收集

分代式GC策略的触发条件

  • 年轻代GC(Minor GC)触发机制
    • 当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是Eden代满，Survivor满不会引发GC。（每次Minor GC会清理年轻代的内存）
    • 因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度比较快。
    • Minor GC会引发STW，暂停其他用户线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行
  • 老年代GC（Major GC/Full GC）触发机制
    • 发生在老年代的GC，对象从老年代消失时，Major GC或Full GC发生了
    • 出现了major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但非绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）
      • 也就是在老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间还不足则会触发Major GC
    • Major GC的速度一般比Minor GC慢10倍以上，STW的时间更长
    • 如果Major GC后内存还不足则OOM（内存溢出）
  • Full GC触发机制（提出去）
    • 调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
    • 老年代空间不足
    • 方法区空间不足
    • 通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
    • 由Eden区、survivor space0（From Space）区向survivor space1(To Space)区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把对象转存到老年代，且老年代的可用内存大小小于该对象大小
      • 说明：Full GC是开发或调优中尽量要避免的。这样暂停时间会短一些。

对象分配过程：TLAB

为什么有TLAB（Thread Local Allocation Buffer）?

  • 堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据
  • 由于对象实例的创建在JVM中非常频繁，因为在并发环境下从堆区中划分内存空间是线程不安全的
  • 为避免多个线程操作同一个地址，需要使用加锁等机制，进而影响分配速度。
    什么是TLAB？
  • 从内存模型而不是垃圾收集的角度，堆Eden区域继续进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域，它包含在Eden空间内。
  • 多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因为我们可以将这种内存分配方式称之为快速分配策略。
  • OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计。

TLAB说明

TLAB说明