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Java GC、新生代、老年代

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发布于 2016/04/20 09:01
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在 Java 中,堆被划分成两个不同的区域:新生代 ( Young )、老nian代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域:Eden、From Survivor、To Survivor。
这样划分的目的是为了使 JVM 能够更好的管理堆内存中的对象,包括内存的分配以及回收。
堆的内存模型大致为:

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从图中可以看出: 堆大小 = 新生代 + 老nian代。其中,堆的大小可以通过参数 –Xms、-Xmx 来指定。
(本人使用的是 JDK1.6,以下涉及的 JVM 默认值均以该版本为准。)
默认的,新生代 ( Young ) 与老nian代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定 ),即:新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空间大小。老nian代 ( Old ) = 2/3 的堆空间大小。其中,新生代 ( Young ) 被细分为 Eden 和 两个 Survivor 区域,这两个 Survivor 区域分别被命名为 from 和 to,以示区分。
默认的,Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 ),即: Eden = 8/10 的新生代空间大小,from = to = 1/10 的新生代空间大小。
JVM 每次只会使用 Eden 和其中的一块 Survivor 区域来为对象服务,所以无论什么时候,总是有一块 Survivor 区域是空闲着的。
因此,新生代实际可用的内存空间为 9/10 ( 即90% )的新生代空间。

GC 堆                                                                                  

Java 中的堆也是 GC 收集垃圾的主要区域。GC 分为两种:Minor GC、Full GC ( 或称为 Major GC )。
Minor GC 是发生在新生代中的垃圾收集动作,所采用的是复制算法
新生代几乎是所有 Java 对象出生的地方,即 Java 对象申请的内存以及存放都是在这个地方。Java 中的大部分对象通常不需长久存活,具有朝生夕灭的性质。
当一个对象被判定为 "死亡" 的时候,GC 就有责任来回收掉这部分对象的内存空间。新生代是 GC 收集垃圾的频繁区域。
当对象在 Eden ( 包括一个 Survivor 区域,这里假设是 from 区域 ) 出生后,在经过一次 Minor GC 后,如果对象还存活,并且能够被另外一块 Survivor 区域所容纳( 上面已经假设为 from 区域,这里应为 to 区域,即 to 区域有足够的内存空间来存储 Eden 和 from 区域中存活的对象 ),则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor 区域 ( 即 to 区域 ) 中,然后清理所使用过的 Eden 以及 Survivor 区域 ( 即 from 区域 ),并 且将这些对象的nian龄设置为1,以后对象在 Survivor 区每熬过一次 Minor GC,就将对象的nian龄 + 1,当对象的nian龄达到某个值时 ( 默认是 15 岁,可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设定 ),这些对象就会成为老nian代。
但这也不是一定的,对于一些较大的对象 ( 即需要分配一块较大的连续内存空间 ) 则是直接进入到老nian
Full GC 是发生在老nian的垃圾收集动作,所采用的是标记-清除算法
现实的生活中,老nian代的人通常会比新生代的人 "早死"。堆内存中的老nian代(Old)不同于这个,老nian代里面的对象几乎个个都是在 Survivor 区域中熬过来的,它们是不会那么容易就 "死掉" 了的。因此,Full GC 发生的次数不会有 Minor GC 那么频繁,并且做一次 Full GC 要比进行一次 Minor GC 的时间更长。
另外,标记-清除算法收集垃圾的时候会产生许多的内存碎片 ( 即不连续的内存空间 ),此后需要为较大的对象分配内存空间时,若无法找到足够的连续的内存空间,就会提前触发一次 GC 的收集动作。

GC 日志                                                                               

public static void main(String[] args) {    Object obj = new Object();    System.gc();    System.out.println();    obj = new Object();    obj = new Object();    System.gc();    System.out.println();}

设置 JVM 参数为 -XX:+PrintGCDetails,使得控制台能够显示 GC 相关的日志信息,执行上面代码,下面是其中一次执行的结果。

1

2

Full GC 信息与 Minor GC 的信息是相似的,这里就不一个一个的画出来了。
从 Full GC 信息可知,新生代可用的内存大小约为 18M,则新生代实际分配得到的内存空间约为 20M(为什么是 20M? 请继续看下面...)。老nian代分得的内存大小约为 42M,堆的可用内存的大小约为 60M。可以计算出: 18432K ( 新生代可用空间 ) + 42112K ( 老nian代空间 ) = 60544K ( 堆的可用空间 )
新生代约占堆大小的 1/3,老nian代约占堆大小的 2/3。也可以看出,GC 对新生代的回收比较乐观,而对老nian代以及方法区的回收并不明显或者说不及新生代。
并且在这里 Full GC 耗时是 Minor GC 的 22.89 倍。

JVM 参数选项                                                                        

jvm 可配置的参数选项可以参考 Oracle 官方网站给出的相关信息:http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html
下面只列举其中的几个常用和容易掌握的配置选项

-Xms 初始堆大小。如:-Xms256m
-Xmx 最大堆大小。如:-Xmx512m
-Xmn 新生代大小。通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor,即 90% 
-Xss JDK1.5+ 每个线程堆栈大小为 1M,一般来说如果栈不是很深的话, 1M 是绝对够用了的。
-XX:NewRatio 新生代与老nian代的比例,如 –XX:NewRatio=2,则新生代占整个堆空间的1/3,老nian代占2/3
-XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10,另外两个 Survivor 各占 1/10 
-XX:PermSize 永久代(方法区)的初始大小
-XX:MaxPermSize 永久代(方法区)的最大值
-XX:+PrintGCDetails 打印 GC 信息
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 让虚拟机在发生内存溢出时 Dump 出当前的内存堆转储快照,以便分析用
1 /** 2  -Xms60m 3  -Xmx60m 4  -Xmn20m 5  -XX:NewRatio=2 ( 若 Xms = Xmx, 并且设定了 Xmn, 那么该项配置就不需要配置了 ) 6  -XX:SurvivorRatio=8 7  -XX:PermSize=30m 8  -XX:MaxPermSize=30m 9  -XX:+PrintGCDetails10  */11 public static void main(String[] args) {12     new Test().doTest();13 }14 15 public void doTest(){16     Integer M = new Integer(1024 * 1024 * 1);  //单位, 兆(M)17     byte[] bytes = new byte[1 * M]; //申请 1M 大小的内存空间18     bytes = null;  //断开引用链19     System.gc();   //通知 GC 收集垃圾20     System.out.println();21     bytes = new byte[1 * M];  //重新申请 1M 大小的内存空间22     bytes = new byte[1 * M];  //再次申请 1M 大小的内存空间23     System.gc();24     System.out.println();25 }

按上面代码中注释的信息设定 jvm 相关的参数项,并执行程序,下面是一次执行完成控制台打印的结果:

[ GC [ PSYoungGen:  1351K -> 288K (18432K) ]  1351K -> 288K (59392K), 0.0012389 secs ]  [ Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs ] [ Full GC (System)  [ PSYoungGen:  288K -> 0K (18432K) ]  [ PSOldGen:  0K -> 160K (40960K) ]  288K -> 160K (59392K)  [ PSPermGen:  2942K -> 2942K (30720K) ],  0.0057649 secs ] [ Times:  user=0.00  sys=0.00,  real=0.01 secs ] [ GC [ PSYoungGen:  2703K -> 1056K (18432K) ]  2863K -> 1216K(59392K),  0.0008206 secs ]  [ Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs ] [ Full GC (System)  [ PSYoungGen:  1056K -> 0K (18432K) ]  [ PSOldGen:  160K -> 1184K (40960K) ]  1216K -> 1184K (59392K)  [ PSPermGen:  2951K -> 2951K (30720K) ], 0.0052445 secs ]  [ Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs ] Heap PSYoungGen      total 18432K, used 327K [0x00000000fec00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)  eden space 16384K, 2% used [0x00000000fec00000,0x00000000fec51f58,0x00000000ffc00000)  from space 2048K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x0000000100000000)  to   space 2048K, 0% used [0x00000000ffc00000,0x00000000ffc00000,0x00000000ffe00000) PSOldGen        total 40960K, used 1184K [0x00000000fc400000, 0x00000000fec00000, 0x00000000fec00000)  object space 40960K, 2% used [0x00000000fc400000,0x00000000fc5281f8,0x00000000fec00000) PSPermGen       total 30720K, used 2959K [0x00000000fa600000, 0x00000000fc400000, 0x00000000fc400000)  object space 30720K, 9% used [0x00000000fa600000,0x00000000fa8e3ce0,0x00000000fc400000)

从打印结果可以看出,堆中新生代的内存空间为 18432K ( 约 18M ),eden 的内存空间为 16384K ( 约 16M),from / to survivor 的内存空间为 2048K ( 约 2M)。
这 里所配置的 Xmn 为 20M,也就是指定了新生代的内存空间为 20M,可是从打印的堆信息来看,新生代怎么就只有 18M 呢? 另外的 2M 哪里去了? 别急,是这样的。新生代 = eden + from + to = 16 + 2 + 2 = 20M,可见新生代的内存空间确实是按 Xmn 参数分配得到的。而且这里指定了 SurvivorRatio = 8,因此,eden = 8/10 的新生代空间 = 8/10 * 20 = 16M。from = to = 1/10 的新生代空间 = 1/10 * 20 = 2M。
堆信息中新生代的 total 18432K 是这样来的: eden + 1 个 survivor = 16384K + 2048K = 18432K,即约为 18M。
为 jvm 每次只是用新生代中的 eden 和 一个 survivor,因此新生代实际的可用内存空间大小为所指定的 90%。
因此可以知道,这里新生代的内存空间指的是新生代可用的总的内存空间,而不是指整个新生代的空间大小。
另外,可以看出老nian代的内存空间为 40960K ( 约 40M ),堆大小 = 新生代 + 老nian代。因此在这里,老nian代 = 堆大小 - 新生代 = 60 - 20 = 40M。
最后,这里还指定了 PermSize = 30m,PermGen 即永久代 ( 方法区 ),它还有一个名字,叫非堆,主要用来存储由 jvm 加载的类文件信息、常量、静态变量等。

 

回 到 doTest() 方法中,可以看到代码在第 17、21、22 这三行中分别申请了一块 1M 大小的内存空间,并在 19 和 23 这两行中分别显式的调用了 System.gc()。从控制台打印的信息来看,每次调 System.gc(),是先进行 Minor GC,然后再进行 Full GC。
第 19 行触发的 Minor GC 收集分析:
从信息 PSYoungGen :  1351K -> 288K,可以知道,在第 17 行为 bytes 分配的内存空间已经被回收完成。
引 起 GC 回收这 1M 内存空间的因素是第 18 行的 bytes = null;   bytes 为 null 表明之前申请的那 1M 大小的内存空间现在已经没有任何引用变量在使用它了,并且在内存中它处于一种不可到达状态 ( 即没有任何引用链与 GC Roots 相连 )。那么,当 Minor GC 发生的时候,GC 就会来回收掉这部分的内存空间。
第 19 行触发的 Full GC 收集分析:
在 Minor GC 的时候,信息显示 PSYoungGen :  1351K -> 288K,再看看 Full GC 中显示的 PSYoungGen :  288K -> 0K,可以看出,Full GC 后,新生代的内存使用变成0K 了,那么这 288K 到底哪去了 ? 难道都被 GC 当成垃圾回收掉了 ? 当然不是了。我还特意在 main 方法中 new 了一个 Test 类的实例,这里的 Test 类的实例属于小对象,它应该被分配到新生代内存当中,现在还在调用这个实例的 doTest 方法呢,GC 不可能在这个时候来回收它的。
接着往 下看 Full GC 的信息,会发现一个很有趣的现象,PSOldGen:  0K  -> 160K,可以看到,Full GC 后,老nian代的内存使用从 0K 变成了 160K,想必你已经猜到大概是怎么回事了。当 Full GC 进行的时候,默认的方式是尽量清空新生代 ( YoungGen ),因此在调 System.gc() 时,新生代 ( YoungGen ) 中存活的对象会提前进入老nian代。
第 23 行触发的 Minor GC 收集分析:
从信息 PSYoungGen :  2703K -> 1056K,可以知道,在第 21 行创建的,大小为 1M 的数组被 GC 回收了。在第 22 行创建的,大小也为 1M 的数组由于 bytes 引用变量还在引用它,因此,它暂时未被 GC 回收。
第 23 行触发的 Full GC 收集分析:
在 Minor GC 的时候,信息显示 PSYoungGen :  2703K -> 1056K,Full GC 中显示的 PSYoungGen :  1056K -> 0K,以及 PSOldGen:  160K -> 1184K,可以知道,新生代 ( YoungGen ) 中存活的对象又提前进入老nian代了。


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