08-堆（二）

4 图解对象分配过程

对象分配过程：概述

为新对象分配内存是一件非常严谨和复杂的任务，JVM的设计者们不仅需要考虑内存如何分配、在哪里分配等问题，并且由于内存分配算法与内存回收算法密切相关，所以还需要考虑GC执行完内存回收后是否会在内存空间产生内存碎片。

1. new的对象先放伊甸园区。此区有大小限制。
2. 放伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收期将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区。
3. 然后将伊甸园中的剩余对象移到到幸存者0区。
4. 如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者0区的，如果没有回收，就会放到幸存者1区。
5. 如果再次垃圾回收，此时会重新放回幸存者0区，接着再去幸存者1区。
6. 啥时候能去养老区呢？可以设置次数。默认是15次。

1. -XX:MaxTenuringThreshold=进行设置。

7. 在养老区，相对悠闲。当养老区内存不足时，再次触发GC: Major GC，进行养老区的内存清理。
8. 若养老区执行了Major GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常
   java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

servivor满了不会触发Minor  GC，会直接到老年代

总结

1. 针对幸存者s0,s1区的总结：复制之后有交换，谁空谁是to.
2. 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。

如果存在超大对象，新生代放不下时会直接放在老年代

public class HeapInstanceTest {
  byte[] buffer = new byte[1024 * 100];
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ArrayList<HeapInstanceTest> list = new ArrayList<>();
    while (true) {
      list.add(new HeapInstanceTest());
      Thread.sleep(10);
    }
  }
}

可以看到Eden Space有规律的递增，然后触发minor GC将数据放到Survivor，Survivor空间满了，就直接将数据放到Old Gen,Old Gen满的时候就触发OOM

常用调优工具

• JDK命令行
• Jconsole
• VisualVM
• Jprofiler
• Java Flight Recorder
• GCVirewer
• GC Easy

5 Minor GC、Major GC 与 Full GC

Minor GC <=> Young GC

Major GC 老年代GC

JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存区域（新生代、老年代；方法区）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种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（Full GC）

• 部分收集：不是完整收集整个Java堆的垃圾收集。其中又分为：

• 新生代收集（Minor GC / Young GC) : 只是新生代（Eden \S0,S1）的垃圾收集
• 老生代手机（Major GC / Old GC): 只是老生代的垃圾收集。

• 目前，只有CMS GC会有单独收集老年的的行为。
• 注意，很多时候Major GC和Full GC混淆使用，需要具体分析是老生代回收还是整堆回收。

• 混合手机（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。

最简单的分代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死的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。这一定义既清晰又易理解。
• Minor GC会引发STW,暂停其他用户的线程，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：

• 指发生在老年代的GC，对象从老年代消失时，我们说“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收集器的收集策略就有直接进行Major GC的策略选择过程)

• 也就是老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间还不足，则触发Major GC。

• Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上，STW的时间更长。
• 如果Major GC后，内存还不足，就报OOM了

Full GC触发机制：

触发Full GC执行的情况有五种：

• 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，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小
  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。

6 堆空间分代思想

为什么需要把Java堆进行分代?不分代就不能正常工作了吗？

• 经研究，不同对象的生命周期不用。70%-99%的对象是临时对象。

• 新生代：有Eden、两块大小相同的Survivor（又称为from/to，s0/s1）构成，to总为空。
• 老年代：存放新生代中经历多次GC仍然存活的对象。

• 其实不分代完全可以，分代的唯一理由就是优化GC性能。如果没有分代，按所有的对象都在一块，就如同把一个学校的人都关在一个教室。GC的时候要找到哪些对象没用，这样就会对堆的所有区域进行扫描。而很多对象都是朝生夕死的，如果分代的话，把新创建的对象放到某一个地方，放GC的时候先把这块存储“朝生夕死”对象的区域进行回收，这样就会腾出很大的空间出来。

7 内存分配策略

内存分配策略（或对象提升（Promotion）规则）

如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC 后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将移到到Survivor空间中，并将对象年龄设为1。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就增加1岁，当它的年龄增加到一定程度（默认为15岁，其实每个JVM、每个GC都有不同）时，就会被晋升到老年代中。

对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过选项-XX:MaxTenuringThreshold来设置。

针对不同年龄段的对象分配原则如下：

• 优先分配Eden
• 大对象直接分配到老年代

• 尽量避免程序中出现过多的大对象

• 长期存活的对象分配到老年代
• 动态对象年龄判断

• 如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无须等待MaxTenuringThreshold中要求的年龄。

• 空间分配担保

• -XX:HandlePromotionFailure

大对象直接放到老年代例子

public class YoungOldAreaTest {
  /**
   * 测试：大对象直接进入老年代
   * -Xms60m -Xmx60m -XX:NewRatio=2 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails
   */
  public static void main(String[] args) {
    byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 20]; // 20m
  }
}

Heap
 PSYoungGen      total 18432K, used 2628K [0x00000000fec00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 16384K, 16% used [0x00000000fec00000,0x00000000fee91130,0x00000000ffc00000)
  from space 2048K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x0000000100000000)
  to   space 2048K, 0% used [0x00000000ffc00000,0x00000000ffc00000,0x00000000ffe00000)
 ParOldGen       total 40960K, used 20480K [0x00000000fc400000, 0x00000000fec00000, 0x00000000fec00000)
  object space 40960K, 50% used [0x00000000fc400000,0x00000000fd800010,0x00000000fec00000)
 Metaspace       used 3467K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

8 为对象分配内存：TLAB

为什么要有LTAB（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，因此在并发环境下从堆区中划分内存空间是线程不安全的。
• 为避免多线程操作同一地址，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，对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，因此我们可以将这种内存分配方式称之为快速分配策略。
• 应该所有OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计。

TLAB的再说明

• 尽管不是所有的对象实例都能够在TLAB中成功分配内存，但JVM确实是将TLAB作为内存分配的首选。
• 在程序中，开发人员可以通过选项“-XX:UseTLAB” 设置是否开启TLAB空间。
• 默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅占有整个Eden空间的1%,当然我们可以通过选项“-XX：TLABWasteTargetPercent"设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小。
• 一旦对象在TLAB空间分配内存失败时，JVM就会尝试着通过使用加锁机制确保数据操作的原子性，从而直接在Eden空间中分配内存。

jinfo -flag UseTLAB 进程号 查看是否默认开启TLAB