大家好，我是微塵，最近又去翻了周志明老師的《深入理解Java虛擬機》這本書。已經(jīng)看了很多遍了，每次都感覺似乎看懂了，但沒過多久就忘了。這次翻了第三章的垃圾收集器與內(nèi)存分配策略，感覺有了新的認識，整理一下分享出來。
內(nèi)容有點多，并且我沒怎么配圖，一方面是懶，一方面是我想如果在沒有圖的情況下你都能看懂，那肯定是真正的懂了。就像是上學(xué)的時候做的練習(xí)冊，即便沒有后面那幾頁寫著"略"的參考答案你也能把題目做好做完，那才是真的牛批。
以下是正文
Java技術(shù)體系中所提倡的自動內(nèi)存管理最終應(yīng)該可以歸結(jié)為自動化的解決兩個問題，即給對象動態(tài)分配內(nèi)存和回收分配給對象的內(nèi)存。通常情況下Java對象在JVM堆上分配內(nèi)存，但也可以在JVM堆外分配內(nèi)存。這是因為JVM堆作為最主要的存儲對象實例的內(nèi)存區(qū)，同時也是垃圾回收（GC）的重點區(qū)域。GC的頻率和效率就很可能成為虛擬機性能上的瓶頸。為了降低GC的頻率和提升GC的效率，逃逸分析、棧上分配等優(yōu)化技術(shù)就出現(xiàn)了，JVM堆區(qū)便不再是Java對象動態(tài)內(nèi)存空間分配的唯一選擇。扯的有點遠了，先了解一下就行。
從生命周期的角度上來看，存儲在JVM堆中的對象大致可以分為兩類。一類是生命周期較短的瞬時對象，它伴隨這線程的啟動而創(chuàng)建，隨著線程的運行結(jié)束而消亡。另一類是是生命周期較長的對象，能夠在每次GC中存活下來，甚至某些極端情況下與JVM的生命周期保持一致。因此對于不同生命周期的對象應(yīng)該采取不同的垃圾收集策略，于是分代收集算法應(yīng)運而生。
在這樣的情況下JVM堆被分為新生代和老年代，其中新生代默認占 1/3堆空間，老年代默認占 2/3堆空間。這時就可以根據(jù)各個年代中生命周期特點采用最適合的垃圾回收算法。比如新生代中絕大多數(shù)的對象為上面講到的瞬時對象，就適合采用基于復(fù)制算法的垃圾收集器進行回收。老年代中的對象通常由新生代中長生命周期的對象晉升進去的，就適合采用基于標記-清除算法或者標記-整理算法的垃圾收集器進行回收。
在JVM堆中，新生代是給新對象分配內(nèi)存空間最多的地方，自然也是回收垃圾對象最頻繁的地方。在新生代中的垃圾回收動作叫做Young GC，也有的叫Minor GC。前面講到新生代適合采用基于復(fù)制算法的垃圾收集器進行垃圾對象回收。復(fù)制算法的原理是將內(nèi)存容量劃分為大小相同的兩塊（以下稱為AB塊），每次只使用其中一塊。當(dāng)A塊用完了之后新生代就觸發(fā)一次Minor GC，將A塊中的存活對象復(fù)制到B塊，然后將A塊清理干凈好給之后新創(chuàng)建的對象騰出內(nèi)存空間。
基于這個原理，新生代被劃分出Eden區(qū)、From Survivor區(qū)、To Survivor區(qū)。默認情況下Eden區(qū)和Survivor區(qū)的內(nèi)存空間占比為8:1:1，可以通過-XX:SurvivorRatio參數(shù)調(diào)整Eden區(qū)的比例。這個參數(shù)我是不太不建議修改，因為JVM堆中絕大部分（98%以上）的對象都是朝生夕死，只有少部分對象能夠存活下來，所以8:1:1的比例算是比較保守的了。
確確的說給新對象分配內(nèi)存空間最多的地方是新生代中的Eden區(qū)，這個很好理解，Eden區(qū)占到了新生代80%的內(nèi)存空間，是最有可能拿得出連續(xù)的內(nèi)存空間的。當(dāng)Eden區(qū)中的可用連續(xù)內(nèi)存空間不足以分配給新對象時，新生代就會觸發(fā)一次Minor GC來回收這里面的垃圾對象。
這里面的細節(jié)需要注意一下
第一次Minor GC的時候Eden區(qū)中存活的對象會被復(fù)制到From Survivor區(qū)，然后清空Eden區(qū)，這時To Survivor區(qū)是空的。之后的每一次Minor GC，則是將Eden區(qū)和From Survivor區(qū)中的存活對象一起復(fù)制到To Survivor區(qū)中，然后清空Eden區(qū)和From Survivor區(qū)的內(nèi)存空間。最后，F(xiàn)rom Survivor區(qū)和To Survivor區(qū)角色上會進行對換。即原本被清空內(nèi)存空間的From Survivor區(qū)會變成了To Survivor區(qū)，而原本接收了Eden區(qū)和From Survivor區(qū)中存活對象的To Survivor區(qū)變成了From Survivor區(qū)。
聽起來似乎有些奇怪，這樣一來From Survivor區(qū)不是顯得有些多余嗎？每一次Minor GC要從兩個區(qū)中把存活對象找出來復(fù)制到Sruvivor To區(qū)中，然后一起被清空，直接一個To Survivor區(qū)不行嗎？
那么我們就來看看假如將From Survivor區(qū)和To SurvivorTo區(qū)合并成Survivor區(qū)會發(fā)生什么情況！
第一次Minor GC的時候，Eden區(qū)的可用連續(xù)內(nèi)存空間不足，而Survivor區(qū)是空的。Minor GC時垃圾收集器將Eden區(qū)中的存活對象按照順序復(fù)制到Survivor區(qū)中，然后清空Eden區(qū)。
下一次Minor GC的時候，Eden區(qū)中有大量的對象死去，只有少量的存活下來。Survivor區(qū)中原本接收了上一次Minor GC存活下來的對象。到了這一步同樣有大量的對象死去，僅存在少量的存活對象了。我們都知道接下來Minor GC的時候垃圾收集器要將Eden區(qū)中的存活對象要復(fù)制到Survivor區(qū)中，那么Survivor區(qū)中的存活對象應(yīng)該如何處理呢？按照空間分配擔(dān)保機制直接復(fù)制到老年代中，然后先清空Survivor區(qū)嗎？這樣存活下來的對象晉升進入老年代的門檻將大大降低，導(dǎo)致老年代的可用連續(xù)內(nèi)存很快用完，觸發(fā)老年代的Major GC。直接把Eden區(qū)中的存活對象復(fù)制到Survivor區(qū)中呢？這樣的話Survivor區(qū)中的垃圾對象一直不回收，將持續(xù)占用著寶貴的內(nèi)存空間，直到Survivor區(qū)內(nèi)存不足了，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，那Survivor區(qū)不就形同擺設(shè)了嗎？
所以我的理解就是，兩個Survivor區(qū)的存在可以起到一個調(diào)節(jié)和緩沖的作用?；谛律薪^大部分的對象都是朝生夕死這樣的事實，將這些瞬時對象暫時留在新生代中，同時盡可能扼殺在新生代中，避免頻繁或者延遲老年代的Major GC。在老年代中的垃圾回收動作叫做Old GC，也有的叫Major GC，不過老年代的Major GC通常伴隨著新生代一次Minor GC，所以老年代的垃圾回收動作通常也稱為Full GC?？傊褪荅den區(qū)永遠存放上一次Minor GC后創(chuàng)建的新對象，F(xiàn)rom Survivor區(qū)永遠存放著歷史上從Eden區(qū)以及曾經(jīng)是From Survivor區(qū)中存活下來的對象，而To Survivor區(qū)則在Minor GC之后永遠都是空的。
需要注意的是，極端情況下可能Eden區(qū)和From Survivor區(qū)中存活的對象比較多（超過10%），To Survivor區(qū)中沒有足夠的連續(xù)內(nèi)存空間（有且僅有10%）分配給存活下來的對象。這時無法從To Survivor分配到內(nèi)存空間的存活對象將直接晉升進入老年代，這是JVM內(nèi)存空間分配擔(dān)保機制的體現(xiàn)。
實際上，在新生代觸發(fā)Minor GC之前，虛擬機會先比較一下老年代的可用連續(xù)內(nèi)存空間大小與新生代中所有對象（包括可回收對象）的總大小。如果大于的話，那么新生代可以放心的進行Minor GC。這樣做主要是考慮到虛擬機在運行一段時間后，新生代和老年代中都存在著大量的對象。在極端情況下，可能新生代中所有的對象都是存活對象，甚至這些存活對象中最小的連To Survivor區(qū)都無法為其分配內(nèi)存空間。按照計劃這些存活對象是將全部晉升進入老年代。所以如果的確老年代的可用連續(xù)內(nèi)存空間足以分配這些存活對象的話，新生代的Minor GC就正常。
否則虛擬機還會去比較老年代中可用連續(xù)內(nèi)存空間大小與歷史上從新生代晉升進入老年代的對象的平均大小。如果小于，那很顯然當(dāng)前老年代的可用的連續(xù)內(nèi)存空間已經(jīng)不多了，虛擬機將不得不在老年代中觸發(fā)一次Major GC來回收垃圾對象釋放出內(nèi)存空間。否則虛擬機會很不負責(zé)任的認為老年代中的可用連續(xù)內(nèi)存足以分配給接下來新生代的Minor GC之后存活下來的對象，于是冒險的觸發(fā)Minor GC從新生代中回收垃圾對象。
冒險可能帶來的后果就是事實上老年代的可用內(nèi)存空間不多，分配不了，那么新生代的Minor GC就會失敗。最后老年代再不情愿的通過Major GC進行垃圾對象的回收。老年代的垃圾收集器通常是基于標記-整理算法實現(xiàn)的，它的原理是將內(nèi)存空間的存活對象移動到一端，然后清空端邊界以外的空間，相比標記-清除算法的原地清除可以保證不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，提高內(nèi)存空間利用率。
可能有的人會懷疑如此冒險的做法的意義，但其實老年代在觸發(fā)Major GC之前，極有可能仍然存儲著很多存活的對象或者大對象，同時老年代的內(nèi)存空間比較大，前面講過老年代的Major GC通常還會伴隨著一次新生代的Minor GC，所以回收垃圾對象的速度特別慢，大概是Minor GC的十倍以上。試想一下，業(yè)務(wù)執(zhí)行過程中在極端情況下突然暫停了幾秒鐘是什么體驗。所以這么冒險是希望避免頻繁或者延遲老年代的Major GC，同時盡可能的將垃圾對象扼殺再新生代中，從而提高代碼的執(zhí)行效率。所以我認為這是一個很合理的設(shè)計。
上面的內(nèi)容涉及到了虛擬機自動內(nèi)存管理中分配內(nèi)存的時候遵循的兩種策略，一個是對象優(yōu)先在Eden區(qū)中分配內(nèi)存，一個是內(nèi)存空間分配擔(dān)保機制。
既然是優(yōu)先在Eden區(qū)中分配內(nèi)存，那就應(yīng)該有偏偏不在Eden區(qū)中分配內(nèi)存的。JVM提供了-XX:PretenureSizeThreshold參數(shù)，用于設(shè)置當(dāng)對象大于某個容量值時就直接進入老年代，而無需在新生代中折騰一段時間有幸存活下來后再晉升進入老年代。不過它的默認值是0，即無論多大對象都在Eden區(qū)中創(chuàng)建。如果一個很長很長的字符串對象或者數(shù)組仍然從Eden區(qū)中給他分配內(nèi)存空間的話，Eden區(qū)的可用連續(xù)內(nèi)存可能很快就不夠分配了，這時新生代就要進行Minor GC，導(dǎo)致新生代的Minor GC過于頻繁。甚至說如果這個大對象在每次Minor GC之后還是存活下來，那么前面說到了Eden區(qū)存活下來的對象會復(fù)制到To Survivor區(qū)，然后To Survivor變成From Survivor，再存活下來就繼續(xù)重復(fù)復(fù)制。于是這個大對象就在Survivor區(qū)中不斷的復(fù)制來復(fù)制去，導(dǎo)致Minor GC效率大大降低。
當(dāng)然，新生代中存活下來的對象也不可能在Survivor區(qū)中一直復(fù)制來復(fù)制去不消停。事實上，新對象在Eden區(qū)中被創(chuàng)建的時候，JVM會給每一個對象定義一個對象年齡計數(shù)器（Age）。當(dāng)對象經(jīng)過第一次Minor GC從Eden區(qū)存活下來進入From Survivor區(qū)的時候，Age就會被設(shè)置為1，即一歲。當(dāng)之后的每次Minor GC仍然能夠存活下來從From Survivor去復(fù)制到To Survivor區(qū)的時候，Age就+1，直到成年（默認是15歲，可通過XX:MaxTenuringThreshold參數(shù)進行設(shè)置）的時候就晉升進入老年代。也就是說，被判定為長生命周期的對象也將晉升進入老年代。這個跟年齡有關(guān)，而跟對象大小無關(guān)。
不過也不一定非得到15歲后才能晉升進入老年代，因為當(dāng)From Survivor區(qū)中相同年齡的對象的大小總和超過From Survivor區(qū)內(nèi)存空間大小的一半時，這些存活對象無論大小就會晉升進入老年代，這是動態(tài)對象年齡判定的體現(xiàn)。
到這里Java虛擬機的自動內(nèi)存管理實現(xiàn)動態(tài)內(nèi)存分配和垃圾回收基本講的七七八八了，從中我們最起碼可以了解到：
1、由于對象的生命周期長短的特點，分代收集算法應(yīng)運而生，于是將JVM堆分成了新生代和老年代，其中新生代的垃圾收集器采用復(fù)制算法，老年代采用標記-清除算法或標記-整理算法；
2、新生代的垃圾收集器基于復(fù)制算法實現(xiàn)，于是新生代又可以分為Eden區(qū)、From Survivor區(qū)、To SurvivorTo區(qū)，并且新生代Minor GC后From Survivor區(qū)和To SurvivorTo區(qū)會交換角色；
3、動態(tài)內(nèi)存分配遵循優(yōu)先在Eden區(qū)中分配內(nèi)存、大對象直接進入老年代、存活時間長的對象晉升進入老年代、動態(tài)對象年齡判定，空間分配擔(dān)保機制五大策略；
好像沒了吧！但其實完整的JVM內(nèi)存分配與垃圾回收的知識體系遠不止這些，如下圖所示，標記垃圾對象沒講，垃圾收集器沒講，感興趣的可以自己去翻翻書，有空的話我再專門整理一下。
另外，本篇只是輕描淡寫的講了內(nèi)存分配的思路、設(shè)計原理、遵循的策略以及垃圾對象在什么場景下回收，如何回收等。更深層一點的知識點如對象是如何創(chuàng)建的，誰去創(chuàng)建的，分配內(nèi)存的時候具體是怎么分配的都沒講到，也是有空的時候?qū)ｉT講一講。
相比周志明老師的《深入理解Java虛擬機》以及網(wǎng)上的博客那種分點式、按類型式的去科普。我在看的時候感覺每一個點都能看懂，但就是結(jié)合不起來，于是沒過幾天就忘光了?；蛘呖吹揭恍╆P(guān)于JVM的問題的時候，不知道如何去講述。
所以本篇嘗試打破這種傳統(tǒng)的方式，根據(jù)我自己的理解，把整一個思路用文字的形式串聯(lián)起來進行表達?；蛟S你看完再回過頭去看書，會進一步的理解這些知識點。當(dāng)然這里面也肯定有我理解錯誤的地方，所以如果你有什么不同的見解，希望不吝賜教，感謝！
