前一篇從整體上了解了一下JVM的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，它由線程私有的棧內(nèi)存和線程共享的堆內(nèi)存、方法區(qū)組成棘伴。本章節(jié)將詳細(xì)了解一下堆內(nèi)存又被分為哪些區(qū)域寞埠，或者說(shuō)JVM是如何把對(duì)象分配到這些區(qū)域上的
JVM根據(jù)對(duì)象在內(nèi)存中存活時(shí)間的長(zhǎng)短，把堆內(nèi)存分為新生代（包括一個(gè)Eden區(qū)排嫌、兩個(gè)Survivor區(qū)）和老年代（Tenured或Old）畸裳。Perm代（永久代，Java 8開(kāi)始被“元空間”取代）屬于方法區(qū)了淳地，而且僅在Full GC時(shí)被回收怖糊。大致如下圖
為對(duì)象分配空間，就是把一塊確定大小的內(nèi)存從堆中劃分出來(lái)（有一種例外情況颇象，就是有可能經(jīng)過(guò)JIT優(yōu)化編譯后伍伤，對(duì)象被拆分成標(biāo)量類(lèi)型從而變成了棧上分配）。新創(chuàng)建的對(duì)象主要分配在新生代的Eden區(qū)上遣钳，如果JVM啟動(dòng)了本地線程分配緩沖（TLAB扰魂，Thread Local Allocation Buffer），則對(duì)象將按線程優(yōu)先分配在TLAB上蕴茴，此區(qū)域仍然位于新生代的Eden區(qū)內(nèi)劝评。
關(guān)于TLAB
創(chuàng)建對(duì)象需要從堆中劃分出一塊確定大小的區(qū)域，那分配內(nèi)存就是把指針從可用空閑區(qū)域挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離倦淀。而對(duì)象的創(chuàng)建是很頻繁的行為蒋畜，在并發(fā)情況并不是線程安全的，可能出現(xiàn)在給對(duì)象A分配內(nèi)存撞叽，指針還沒(méi)來(lái)得及修改姻成，對(duì)象B又同時(shí)使用了原來(lái)的指針來(lái)分配內(nèi)存的情況。為了解決這個(gè)問(wèn)題愿棋，一個(gè)可行的方案就是TLAB科展，即把內(nèi)存分配的動(dòng)作按照線程劃分在不同的空間內(nèi)進(jìn)行，即每個(gè)線程在堆內(nèi)預(yù)先分配一小塊內(nèi)存糠雨，稱為“本地線程分配緩沖”才睹。哪個(gè)線程要給對(duì)象分配內(nèi)存，就在自己的TLAB上分配甘邀，當(dāng)自己的TLAB用完再去申請(qǐng)新的TLAB砂竖，這個(gè)時(shí)候再去進(jìn)行指針的同步鎖定，從而減小開(kāi)銷(xiāo)鹃答。
TLAB
對(duì)象優(yōu)先分配在Eden區(qū)
大部分情況下，對(duì)象會(huì)在新生代的Eden區(qū)中分配空間突硝，當(dāng)Eden區(qū)沒(méi)有足夠大小的連續(xù)空間來(lái)分配給新創(chuàng)建的對(duì)象時(shí)测摔，JVM將會(huì)觸發(fā)一次Minor GC
HotSpot的開(kāi)發(fā)人員將GC執(zhí)行分為比較模糊的三種模型：
- Minor GC：發(fā)生在新生代，回收新生代中的垃圾，速度很快但也很頻繁
- Major GC：發(fā)生在老年代锋八，比Minor GC慢10倍以上浙于；通常會(huì)伴隨一次Minor GC
- Full GC：回收所有區(qū)域，包括堆內(nèi)存挟纱、方法區(qū)（Java 8之前的“永久代”羞酗，Java 8開(kāi)始取代永久代的“元空間”）和直接內(nèi)存，速度慢紊服，工作線程的暫停時(shí)間長(zhǎng)
絕大多數(shù)對(duì)象所占的內(nèi)存空間會(huì)在Minor GC中被回收（IBM公司的專門(mén)研究表明檀轨，新生代中的對(duì)象98%是“朝生夕死”的），那些存活下來(lái)的對(duì)象會(huì)被分配到某一個(gè)Survivor（幸存區(qū)欺嗤，名字也很形象）参萄，但如果Survivor的空間不足以安置存活對(duì)象的話，JVM會(huì)通過(guò)“空間分配擔(dān)保機(jī)制”提前轉(zhuǎn)移這些對(duì)象到老年代去煎饼。
- 新生代中為什么有兩個(gè)Survivor區(qū)讹挎？為什么每次只使用其中一個(gè)呢？
這跟新生代采用的垃圾回收算法有關(guān)吆玖，新生代用的是“復(fù)制”算法筒溃，該算法的特點(diǎn)是犧牲一定的空間成本，來(lái)?yè)Q取高效率的垃圾回收沾乘，此算法不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片怜奖，回收后內(nèi)存比較規(guī)整。關(guān)于各回收算法的細(xì)節(jié)意鲸，下一個(gè)章節(jié)再介紹烦周，這里就不累贅了。
- “空間分配擔(dān)痹豕耍”是什么读慎？
在發(fā)生Minor GC之前，JVM會(huì)先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象總空間槐雾，如果這個(gè)條件成立夭委，那么Minor GC可以確保是安全的。如果不成立募强，則JVM會(huì)查看
HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔(dān)保失敗株灸。若允許，那么會(huì)繼續(xù)檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代對(duì)象的平均大小擎值，如果大于慌烧，將嘗試進(jìn)行一次Minor GC，盡管這次Minor GC是有風(fēng)險(xiǎn)的鸠儿；如果小于屹蚊，或者HandlePromotionFailure設(shè)置不允許冒險(xiǎn)厕氨，那這時(shí)要改為進(jìn)行一次Full GC。
下面這個(gè)示例代碼演示了Survivor區(qū)空間不足汹粤，對(duì)象通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制被提前轉(zhuǎn)移到老年代去命斧。Debug執(zhí)行三條對(duì)象創(chuàng)建語(yǔ)句，通過(guò)JDK自帶的Java VisualVM工具jvisualvm（同時(shí)安裝Visual GC插件）嘱兼，可以直觀的看到各個(gè)內(nèi)存區(qū)的變化情況国葬。
/**
* -Xms90m -Xmx90m -XX:+UseParNewGC
*
* 固定堆大小：90m
* - Young Gen： 1/3 * 90 = 30m （默認(rèn) Tenured / Young = 2）
* - Survivor * 2 : 1/10 * 30 = 3m * 2 （兩個(gè)Survivor芹壕，默認(rèn) Eden / Survivor = 8）
* - Eden: 8/10 * 30 = 24m
* - Tenured: 2/3 * 90 = 60m （默認(rèn) Tenured / Young = 2）
*/
public class HandlePromotionDemo {
public static void main(String[] args) {
byte[] obj1 = new byte[1024 * 1024 * 2];
byte[] obj2 = new byte[1024 * 1024 * 10];
byte[] obj3 = new byte[1024 * 1024 * 20];
}
}
以下三個(gè)截圖分別展示了三個(gè)對(duì)象依次創(chuàng)建后的內(nèi)存各區(qū)情況
大對(duì)象直接進(jìn)去老年代
大對(duì)象就是那些需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對(duì)象客税，比如數(shù)組及很長(zhǎng)的字符串况褪。過(guò)多的大對(duì)象容易導(dǎo)致當(dāng)內(nèi)存空間仍然還有不少時(shí)就會(huì)提前觸發(fā)GC以獲取足夠連續(xù)的空間來(lái)分配給這些大對(duì)象。
虛擬機(jī)提供了一個(gè)參數(shù)-XX:PretenureSizeThreshold更耻，那些大于這個(gè)參數(shù)值的對(duì)象將直接在老年代分配测垛，避免在Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存復(fù)制（新生代采用的是“復(fù)制”垃圾回收算法）。
下面這個(gè)示例代碼指定一個(gè)Survivor區(qū)域容量大小為4MB秧均，同時(shí)設(shè)置-XX:PretenureSizeThreshold=3145728赐纱，即3MB脊奋，之后創(chuàng)建一個(gè)略大于3MB的對(duì)象。運(yùn)行此程序后疙描，從VisualVM GC中可以看到此對(duì)象被分配到了老年代。
/**
* -Xmn16m -Xms30m -Xmx30m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+UseParNewGC -XX:PretenureSizeThreshold=3145728 -XX:-UseTLAB
*
* Fixed Heap: 30MB
* - Survivor * 2: 4MB * 2
* - Eden: 8MB
* - Tenured: 14MB
*/
public class BiggerThanPretenureSizeThresholdObjToOld {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.gc(); // 嘗試清除由監(jiān)測(cè)工具生成的臨時(shí)對(duì)象
Thread.sleep(10000L);
byte[] obj = new byte[1024 * 1024 * 3 + 1];
boolean flag = true;
while(flag) {
Thread.yield();
}
}
}
對(duì)于極端情況起胰，參數(shù)-XX:PretenureSizeThreshold未設(shè)置，而對(duì)象大于Eden空間的話巫延，則同樣直接在老年代分配空間
長(zhǎng)期存活的對(duì)象會(huì)被晉升到老年代
虛擬機(jī)在進(jìn)行內(nèi)存回收的時(shí)候效五，為了能夠識(shí)別哪些對(duì)象應(yīng)該繼續(xù)留在新生代（某一個(gè)Survivor區(qū)）、哪些對(duì)象應(yīng)該被晉升（轉(zhuǎn)移）到老年代炉峰，它給每個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)對(duì)象年齡（Age）計(jì)數(shù)器畏妖。所有在新生代出生的對(duì)象，年齡可以認(rèn)為是0疼阔，此時(shí)的數(shù)值沒(méi)有任何意義戒劫。當(dāng)對(duì)象經(jīng)過(guò)第一次Minor GC后任然存活，并且Survivor有足夠的空間來(lái)容納它的話婆廊，對(duì)象被順利轉(zhuǎn)移到Survivor中迅细，此時(shí)對(duì)象開(kāi)始擁有實(shí)際意義的年齡，為1歲淘邻。在此之后茵典，Survivor中的對(duì)象每“熬過(guò)”一次Minor GC，年齡就會(huì)增加1歲宾舅，當(dāng)達(dá)到一定的年齡閾值（默認(rèn)是15歲统阿，可通過(guò)參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置），對(duì)象就會(huì)被晉升到老年代中筹我。老年代中的對(duì)象就沒(méi)有年齡的意義了扶平。
下面我們通過(guò)一個(gè)示例來(lái)演示一下：對(duì)象年齡達(dá)到閾值后被晉升到老年代。設(shè)置參數(shù)崎溃，固定堆大小為90MB蜻直，新生代45MB，其中Eden和Survivor各占15MB袁串、15MB概而、15MB，年齡閾值為2歲囱修。
/**
* -XX:+PrintGCDetails -Xmn45m -Xms90m -Xmx90m -XX:SurvivorRatio=1 -XX:MaxTenuringThreshold=2 -XX:+UseParNewGC
*
* Fixed Heap: 90M
* - Survivor *2: 15M *2
* - Edeb: 15M
* - Tenured(Old): 45M
*/
public class AgeOlderThanTenuringThresholdObjToOld {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.gc(); //嘗試清除由監(jiān)測(cè)工具生成的臨時(shí)對(duì)象
byte[] obj1 = new byte[1024 * 1024 * 2]; //執(zhí)行完這一行之后各區(qū)使用情況: Eden[obj1]: 2/15, S0: 0/15, S1: 0/15, Old: 0/45
byte[] obj2 = new byte[1024 * 1024 * 2]; //執(zhí)行完這一行之后各區(qū)使用情況: Eden[obj1,obj2]: 4/15, S0: 0/15, S1: 0/15, Old: 0/45
byte[] obj3 = new byte[1024 * 1024 * 12]; //對(duì)象obj3創(chuàng)建成功之前赎瑰，虛擬機(jī)檢測(cè)到Eden剩余空間(15-4=11)不足以分配給obj3，因此觸發(fā)第一次Minor GC來(lái)釋放空間給obj3破镰，obj1和obj2晉升到幸存區(qū)餐曼，年齡為1压储，各區(qū)使用情況: Eden[obj3]: 12/15, S0: 0/15, S1[obj1(age=1),obj2(age=1)]: 4/15, Old: 0/45
obj3 = null; //obj3不再有任何引用關(guān)聯(lián)，下次GC的時(shí)候?qū)?huì)被回收
byte[] obj4 = new byte[1024 * 1024 * 4]; //對(duì)象obj4創(chuàng)建成功之前源譬，虛擬機(jī)檢測(cè)到Eden剩余空間(15-12=3)不足以分配給obj4集惋，因此觸發(fā)第二次Minor GC來(lái)釋放空間給obj4，這次GC中obj3會(huì)被回收踩娘，之后各區(qū)使用情況: Eden[obj4]: 4/15, S0:[obj1(age=2),obj2(age=2)]: 4/15, S1: 0/15, Old: 0/45
byte[] obj5 = new byte[1024 * 1024 * 12]; //對(duì)象obj5創(chuàng)建成功之前刮刑，虛擬機(jī)檢測(cè)到Eden剩余空間(15-4=11)不足以分配給obj5，因此觸發(fā)第三次MinorGC來(lái)釋放空間給obj5养渴，這次GC中由于obj1,obj2的年齡都到達(dá)了閾值2歲雷绢，所以這兩個(gè)對(duì)象將被晉升到老年代，之后各區(qū)使用情況:Eden[obj5]: 12/15, S0: 0/15, S1[obj4(age=1)]: 4/15, Old[obj1,obj2]: 4/45
}
}
Debug逐行執(zhí)行上面5個(gè)對(duì)象的創(chuàng)建語(yǔ)句理卑，每個(gè)對(duì)象創(chuàng)建成功后的各區(qū)使用情況如下各圖：
動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判斷
虛擬機(jī)并不是永遠(yuǎn)的要等到對(duì)象年齡達(dá)到閾值后才能晉升到老年代津函，當(dāng)Survivor中相同年齡（比如N）的所有對(duì)象的大小總和大于Survivor的一半的時(shí)候肖粮，那些年齡大于等于N所有對(duì)象將會(huì)直接提前進(jìn)入老年代。
示例代碼如下：固定堆大小為90MB尔苦，新生代45MB涩馆，其中Eden和Survivor各占15MB、15MB允坚、15MB魂那，未設(shè)置最大年齡閾值，使用默認(rèn)值15稠项。
/**
* -XX:+PrintGCDetails -Xmn45m -Xms90m -Xmx90m -XX:SurvivorRatio=1 -XX:+UseParNewGC
*
* Fixed Heap: 90M
* - Survivor *2: 15M *2
* - Edeb: 15M
* - Tenured(Old): 45M
*/
public class DynamicAge {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.gc(); //嘗試清除由監(jiān)測(cè)工具生成的臨時(shí)對(duì)象
byte[] obj1 = new byte[1024 * 1024 * 4]; //執(zhí)行完這一行之后各區(qū)使用情況: Eden[obj1]: 4/15, S0: 0/15, S1: 0/15, Old: 0/45
byte[] obj2 = new byte[1024 * 1024 * 4]; //執(zhí)行完這一行之后各區(qū)使用情況: Eden[obj1,obj2]: 8/15, S0: 0/15, S1: 0/15, Old: 0/45
byte[] obj3 = new byte[1024 * 1024 * 12]; //對(duì)象obj3創(chuàng)建成功之前涯雅，虛擬機(jī)檢測(cè)到Eden剩余空間(15-8=7)不足以分配給obj3，因此觸發(fā)第一次Minor GC來(lái)釋放空間給obj3展运，obj1和obj2晉升到幸存區(qū)，年齡為1，各區(qū)使用情況: Eden[obj3]: 12/15, S0: 0/15, S1[obj1(age=1),obj2(age=1)]: 8/15, Old: 0/45
obj3 = null; //obj3不再有任何引用關(guān)聯(lián)次员，下次GC的時(shí)候?qū)?huì)被回收
byte[] obj4 = new byte[1024 * 1024 * 4]; //對(duì)象obj4創(chuàng)建成功之前，虛擬機(jī)檢測(cè)到Eden剩余空間(15-12=3)不足以分配給obj4怒允，因此觸發(fā)第二次MinorGC來(lái)釋放空間給obj4，這次GC中由于Survivor區(qū)中的obj1和obj2的大小之和8超過(guò)了Survivor大小15的一半琴庵，所以這兩個(gè)對(duì)象將被提前晉升到老年代误算，而對(duì)象obj3由于沒(méi)有任何引用，直接被回收了迷殿，之后各區(qū)使用情況: Eden[obj4]: 4/15, S0: 0/15, S1: 0/15, Old[obj1,obj2]: 8/45
}
}
Debug逐行執(zhí)行上面4個(gè)對(duì)象的創(chuàng)建語(yǔ)句，每個(gè)對(duì)象創(chuàng)建成功后的各區(qū)使用情況如下各圖：
至此冲杀，關(guān)于對(duì)象在堆內(nèi)各區(qū)分配的幾種情況就大致講解到這里效床。下一章將了解一下垃圾收集器的原理。
