浅析JVM中对象的分配与回收策略

一、前言

  这是我的JVM系列博客第三篇，这篇博客来讲一讲JVM中，对象的分配与回收策略。即对象是如何在堆中存放，以及垃圾回收何时被触发，如何触发等内容。以下内容是建立在已经知道Java垃圾回收算法的基础上描述的，如果对垃圾回收算法不了解，应该先去看看这一部分的内容，可以看看这篇博客：Java中的垃圾回收算法详解。

二、正文

 2.1 堆内存的划分以及使用的垃圾回收算法

  在介绍如何回收之前，我们先需要了解堆内存的划分。堆内存是Java内存模型中最大的一块（Java的内存模型可以参考这篇博客：浅析Java的内存模型 ），它存在的唯一目的就是存放对象。JVM为了更好地管理对象以及进行垃圾回收，将对堆内存划分为两大区域，即新生代和老年代：

• 新生代：用来存放生命周期短的对象。由于这一块内存中的对象存活时间较短，且对象首先在这里被分配，所以频繁发生垃圾回收，而且每次回收一般都能释放大量空间；
• 老年代：用来存放生命周期长的对象。新生代中存活了较长时间的对象会被迁移到这里（当然，对象进入老年代不仅仅只有这一个方法），所以这里存放的对象生命周期一般较长，所以这一块区域发生垃圾回收的频率较低，每次回收释放的空间也较少；

  对于新生代而言，这一块区域中的对象存活时间短，每一次垃圾回收都能回收大部分内存，所以适合使用复制算法进行垃圾回收，同时以老年代作为这个算法的担保空间；对于老年代而言，每次垃圾回收只能释放小部分空间，若使用复制算法，每次将需要做大量复制，而且此时Survivor需要较大的空间，所以不适合使用复制算法，因此在老年代中，一般使用标记—清除或者标记—整理算法进行垃圾回收。

 2.2 对象的分配策略

  由于新生代使用的是复制算法，所以新生代的内存被划分为三个空间，即一个较大的Eden空间用来为新对象分配空间，两个较小的Survivor空间复制垃圾回收后存活的对象。下面就来介绍一下对象的分配原则。

 （1）对象优先在Eden空间分配

  当我们创建一个对象时，若没有特殊情况，这个对象会被分配在新生代的Eden空间。此时，若Eden空间不足，无法提供这个对象所需的空间时，将会触发垃圾回收机制，清理Eden空间，为新对象腾出更多空间。在进行垃圾回收时，会将Eden中仍然存活的对象放入一个空闲的Survivor中，但是若Survivor空间不足以存放这些存活的对象，则由于担保机制的存在，这些对象会被放入到老年代中。

 （2）大对象直接在老年代分配

  假设我们在代码中创建了一个很大的对象（比如数组或较长的字符串），而这个对象在很长一段时间都要使用，不会轻易被当作垃圾回收。这时候将面临一个问题：若将这个对象分配在新生代的Eden中，每次进行垃圾回收时，都需要将这个大对象复制到Survivor中保留，这个复制过程是一笔很大的开销，而且由于大对象占用了大量空间，垃圾回收将会频繁发生。所以，为了避免这种情况的发生，对于较大的对象，将会被直接分配到老年代中，原因是老年代发生垃圾回收的频率较低，而且不是使用复制算法进行垃圾回收。

  那如何判断一个对象是否属于大对象呢？JVM提供一个参数-XX：PretenureSizeThreshold，通过这个参数来设定多大属于大对象。当需要为一个对象分配空间时，若此对象所需的空间大于这个参数的值，就会被判定为一个大对象，从而在老年代中为其分配空间。

 （3）长期存活的对象将进入老年代

  这个原则合情合理，老年代存在的首要目的，就是存放生命周期较长的对象，所以对于新生代中存活了很长时间的对象，就应该把他们移入老年代，而不是一直留在新生代中占用空间。每一个对象都有一个自己的年龄计数器，记录了自己的存活周期。对于新生代中的对象，初始时刻它的年龄计数器为0，每经历一次垃圾回收后，年龄计数器+1。当计数器的值到达设定好的阈值时（默认是15），就证明这个对象是一个”老油条“，于是将它转入到老年代中。

  对于生命周期长的对象，由于不会轻易死亡，所以每一次垃圾回收都会被它拖慢，而且垃圾回收对于短时间内不会死亡的对象也没有意义，所以不应该将它留在垃圾回收频繁的新生代占用空间，这就是需要将这种对象转让老年代的理由。JVM中也提供了一个参数-XX：MaxTenuringThreshold来设置对象进入老年代的阈值，当对象的年龄计数器超过这个值时将进入老年代。

 （4）动态年龄判断

  对于新生代中的对象，并不一定需要年龄计数器到达阈值才被放入老年代，有一种特殊情况会导致对象直接进入老年代。当新生代的Survivor空间中，某一个年龄的对象相加，所占空间总和超过了Survivor空间的一半，则大于或等于这个年龄的对象将直接进入老年代，而不需要到达阈值。比如说，在Survivor空间中，年龄为5的对象相加，所占空间超过了Survivor总空间的一半，则所有年龄>=5的对象，会被直接转入老年代。

 2.3 空间分配的担保机制

  前面我们提到了，老年代为新生代的垃圾回收提供了担保，即当新生代发生垃圾回收后，Survivor空间不足以容纳所有存活的对象，则这些对象需要放入到老年代中，下面就来说说老年代如何最大效率地提供这种服务。

  在新生代发生垃圾回收前，老年代会统计一下它的剩余内存，看看是否装下新生代中的所有对象，若能够装下，说明新生代可以直接进行垃圾回收，老年代完全能够保证有空间为他做担保；但是，若老年代所剩空间不足以装下新生代的所有对象，则就需要深思熟虑了：老年代剩下的空间虽然不足以装下新生代的全部对象，但是只要能够装下新生代垃圾回收后剩下的对象就行了。然而，这里并不确定新生代在垃圾回收后，会剩下多少对象，可能很多也可能很少，老年代此时如果直接允许新生代进行垃圾回收，将会面临需要做担保时无法装下其剩余对象的风险。这里JVM会通过概率学进行判断：即JVM统计之前发生担保时，需要提供的空间的平均值，若老年代当前剩余空间大于平均值，表示大概率能够担保成功，于是新生代可以直接进行垃圾回收；若小于这个平均值，则老年代自己会进行一次垃圾回收，腾出一部分空间，再让新生代进行垃圾回收。当老年代发生了垃圾回收后，还是无法满足空间的分配，JVM就会抛出内存溢出异常。

  通过上面的步骤可以看出，老年代在提供担保的同时，尽力避免自己发生垃圾回收，只有在自己无法保证能够担保的情况下，才会进行垃圾回收。这样做的目的就是为了提高新生代垃圾回收的速度。

三、总结

  以上就是对象在堆中的分配与回收策略，理解这一部分内容，对我们日常对创建对象的理解有很大的帮助。

四、参考

• 《深入理解Java虚拟机》