深入理解JVM記憶體分配策略

来源:https://www.cnblogs.com/godoforange/archive/2019/09/21/11565505.html
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理解JVM記憶體分配策略 三大原則+擔保機制 JVM分配記憶體機制有三大原則和擔保機制 具體如下所示： 優先分配到eden區 大對象，直接進入到老年代 長期存活的對象分配到老年代 空間分配擔保 對象優先在Eden上分配 如何驗證對象優先在Eden上分配呢，我們進行如下實驗。 列印記憶體分配信息 首先代碼如 ...


理解JVM記憶體分配策略

三大原則+擔保機制

JVM分配記憶體機制有三大原則和擔保機制
具體如下所示：

  • 優先分配到eden區
  • 大對象，直接進入到老年代
  • 長期存活的對象分配到老年代
  • 空間分配擔保

對象優先在Eden上分配

如何驗證對象優先在Eden上分配呢，我們進行如下實驗。

列印記憶體分配信息

首先代碼如下所示：

public class A {    
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b1 = new byte[4*1024*1024];
    }
}

代碼很簡單，就是創建一個Byte數組，大小為4mb。
然後我們在運行的時候加上虛擬機參數來列印垃圾回收的信息。

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

在我們運行後，結果如下所示。

Heap
PSYoungGen total 37888K, used 6718K [0x00000000d6000000, 0x00000000d8a00000, 0x0000000100000000)
eden space 32768K, 20% used [0x00000000d6000000,0x00000000d668f810,0x00000000d8000000)
from space 5120K, 0% used [0x00000000d8500000,0x00000000d8500000,0x00000000d8a00000)
to space 5120K, 0% used [0x00000000d8000000,0x00000000d8000000,0x00000000d8500000)
ParOldGen total 86016K, used 0K [0x0000000082000000, 0x0000000087400000, 0x00000000d6000000)
object space 86016K, 0% used [0x0000000082000000,0x0000000082000000,0x0000000087400000)
Metaspace used 2638K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 281K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

手動指定收集器

我們可以看在新生代採用的是Parallel Scavenge收集器
其實我們可以指定虛擬機參數來選擇垃圾收集器。
比方說如下參數：

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC

運行結果如下：

Heap
def new generation total 38720K, used 6850K [0x0000000082000000, 0x0000000084a00000, 0x00000000ac000000)
eden space 34432K, 19% used [0x0000000082000000, 0x00000000826b0be8, 0x00000000841a0000)
from space 4288K, 0% used [0x00000000841a0000, 0x00000000841a0000, 0x00000000845d0000)
to space 4288K, 0% used [0x00000000845d0000, 0x00000000845d0000, 0x0000000084a00000)
tenured generation total 86016K, used 0K [0x00000000ac000000, 0x00000000b1400000, 0x0000000100000000)
the space 86016K, 0% used [0x00000000ac000000, 0x00000000ac000000, 0x00000000ac000200, 0x00000000b1400000)
Metaspace used 2637K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 281K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

其實JDK預設的不是Parallel收集器，但是JDK會依照各種環境來調整採用的垃圾收集器。

查看環境的代碼如下：

java -version


因此JDK根據server的環境，採用了Paralled收集器。

而Serial收集器主要用在客戶端的。

eden分配的驗證

我們看到現在eden區域為34432K，使用了19%，那我們來擴大10倍是否eden就放不下了呢？
我們來驗證一下。

public class A {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b1 = new byte[40*1024*1024];
    }
}

運行結果如下：

Heap
def new generation total 38720K, used 2754K [0x0000000082000000, 0x0000000084a00000, 0x00000000ac000000)
eden space 34432K, 8% used [0x0000000082000000, 0x00000000822b0bd8, 0x00000000841a0000)
from space 4288K, 0% used [0x00000000841a0000, 0x00000000841a0000, 0x00000000845d0000)
to space 4288K, 0% used [0x00000000845d0000, 0x00000000845d0000, 0x0000000084a00000)
tenured generation total 86016K, used 40960K [0x00000000ac000000, 0x00000000b1400000, 0x0000000100000000)
the space 86016K, 47% used [0x00000000ac000000, 0x00000000ae800010, 0x00000000ae800200, 0x00000000b1400000)
Metaspace used 2637K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 281K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

顯然，我們還是正常運行了，但是eden區域沒有增加，老年代區域卻增加了，符合大對象直接分配到老年代的特征。。

所以我們適當的縮小每次分配的大小。
我們在此限制下eden區域的大小
參數如下：

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8

這裡我們限制記憶體大小為20M
Eden大小為8M

然後我們運行我們的代碼：

代碼如下所示：

public class A {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b1 = new byte[2*1024*1024];
        byte[] b2 = new byte[2*1024*1024];
        byte[] b3 = new byte[2*1024*1024];
        byte[] b4 = new byte[4*1024*1024];
        System.gc();
    }
}

運行結果如下：

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 7129K->520K(9216K), 0.0053010 secs] 7129K->6664K(19456K), 0.0053739 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
[Full GC (System.gc()) [Tenured: 6144K->6144K(10240K), 0.0459449 secs] 10920K->10759K(19456K), [Metaspace: 2632K->2632K(1056768K)], 0.0496885 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.04 secs]
Heap
def new generation total 9216K, used 4779K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
eden space 8192K, 58% used [0x00000000fec00000, 0x00000000ff0aad38, 0x00000000ff400000)
from space 1024K, 0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
tenured generation total 10240K, used 6144K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
the space 10240K, 60% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffc00030, 0x00000000ffc00200, 0x0000000100000000)
Metaspace used 2638K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 281K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

我們可以發現在eden區域為8192K 約為8M
也就是我們的b4的大小

而原先的b1,b2,b3為6M,被分配到了tenured generation。

原先的Eden區域如下所示，在分配完,b1,b2,b3後如下所示。

這時候我們發現已經無法繼續分了。

而查看日誌的時候，我們發生了倆次GC。

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 7129K->520K(9216K), 0.0053010 secs] 7129K->6664K(19456K), 0.0053739 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
[Full GC (System.gc()) [Tenured: 6144K->6144K(10240K), 0.0459449 secs] 10920K->10759K(19456K), [Metaspace: 2632K->2632K(1056768K)], 0.0496885 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.04 secs]

而在

[DefNew: 7129K->520K(9216K), 0.0053010 secs] 7129K->6664K(19456K), 0.0053739 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

中我們會看到，剛分配的對象並沒有被回收。

上面的GC是針對新生代的。

而下麵的FullGC是針對老年代的。

如果我們這時候要再分配4m的記憶體，虛擬機預設將原先的eden區域放到可放的地方，也就是在老年代這裡

因此會發生我們這種情況。

這就是整個過程。驗證了對象有現在Eden區域回收

大對象直接進入到老年代

指定大對象的參數。

-XX:PretenureSizeThreshold

測試代碼：如下

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8
public class A {
    private static int M = 1024*1024;
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b1 = new byte[8*M];
    }
}

運行結果如下：

Heap
def new generation total 9216K, used 1149K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
eden space 8192K, 14% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fed1f718, 0x00000000ff400000)
from space 1024K, 0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
tenured generation total 10240K, used 8192K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
the space 10240K, 80% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffe00010, 0x00000000ffe00200, 0x0000000100000000)
Metaspace used 2637K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 281K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

我們可以看到，結果數直接把8M扔到了老年代裡面了。
而我們修改成7M的時候

被髮現7M全部扔到了eden裡面。
如果我們制定了參數後，會發現結果變了。

參數如下所示：

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:PretenureSizeThreshold=6M

運行結果如下：

我們會發現7M進到了老年代。

長期存活對象進入老年代

參數如下：

-XX:MaxTenuringThreshold

每次進行回收的時候，如果沒被回收，那對象的年齡+1

如果對象年齡到達閾值，就會進入老年代。

具體測試和上面的Max一樣。就不占篇幅了。

空間分配擔保

參數如下：

-XX:+HandlePromotionFailure

步驟如下：

  • 首先衡量有沒有這個能力，然後才能進行分配。
  • 如果有這個能力放入，那麼這個參數是‘+’號證明開啟了記憶體擔保，否則是‘-’號就是沒開啟。

逃逸分析與棧上分配

如何將記憶體分配到棧上呢？
這時就需要我們使用逃逸分析，篩選出未發生逃逸對象。

逃逸分析的主要目標就是分析出對象的作用域。

public class A {
    A obj;
    //方法返回A對象,發生逃逸。
    public A getInstance() {
        return this.obj ==null?new A():obj;
    }
    //為成員屬性賦值,發生逃逸
    public void setObj() {
        this.obj = new A();
    }
    //沒有發生逃逸。對象的作用域盡在當前方法中有效，沒有發生逃逸。
    public void useA() {
        A s = new A();
    }
    //
    public void useA2() {
        A s = getInstance();
    }
}

總結，只要定義在方體中，對象的作用域不發生逃逸，否則發生逃逸。
所以儘量把變數放在方法體內，這樣會提高效率。

總結：

JVM記憶體分配策略不是特別複雜，只要一步一步跟著虛擬機走，那麼就可以去理解JVM記憶體分配的機制。


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