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深入理解JVM内存分配策略

2019年09月22日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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理解jvm内存分配策略

三大原则+担保机制

jvm分配内存机制有三大原则和担保机制
具体如下所示：

  • 优先分配到eden区
  • 大对象，直接进入到老年代
  • 长期存活的对象分配到老年代
  • 空间分配担保

对象优先在eden上分配

如何验证对象优先在eden上分配呢，我们进行如下实验。

打印内存分配信息

首先代码如下所示：

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

代码很简单，就是创建一个byte数组，大小为4mb。
然后我们在运行的时候加上虚拟机参数来打印垃圾回收的信息。

-verbose:gc -xx:+printgcdetails

在我们运行后，结果如下所示。

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

手动指定收集器

我们可以看在新生代采用的是parallel scavenge收集器
其实我们可以指定虚拟机参数来选择垃圾收集器。
比方说如下参数：

-verbose:gc -xx:+printgcdetails -xx:+useserialgc

运行结果如下：

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

其实jdk默认的不是parallel收集器，但是jdk会依照各种环境来调整采用的垃圾收集器。

查看环境的代码如下：

java -version


因此jdk根据server的环境，采用了paralled收集器。

而serial收集器主要用在客户端的。

eden分配的验证

我们看到现在eden区域为34432k，使用了19%，那我们来扩大10倍是否eden就放不下了呢？
我们来验证一下。

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

运行结果如下：

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

显然，我们还是正常运行了，但是eden区域没有增加，老年代区域却增加了，符合大对象直接分配到老年代的特征。。

所以我们适当的缩小每次分配的大小。
我们在此限制下eden区域的大小
参数如下：

-verbose:gc -xx:+printgcdetails -xx:+useserialgc -xms20m -xmx20m -xmn10m -xx:survivorratio=8

这里我们限制内存大小为20m
eden大小为8m

然后我们运行我们的代码：

代码如下所示：

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();
    }
}

运行结果如下：

[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

我们可以发现在eden区域为8192k 约为8m
也就是我们的b4的大小

而原先的b1,b2,b3为6m,被分配到了tenured generation。

原先的eden区域如下所示，在分配完,b1,b2,b3后如下所示。

这时候我们发现已经无法继续分了。

而查看日志的时候，我们发生了俩次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]

中我们会看到，刚分配的对象并没有被回收。

上面的gc是针对新生代的。

而下面的fullgc是针对老年代的。

如果我们这时候要再分配4m的内存，虚拟机默认将原先的eden区域放到可放的地方，也就是在老年代这里

因此会发生我们这种情况。

这就是整个过程。验证了对象有现在eden区域回收

大对象直接进入到老年代

指定大对象的参数。

-xx:pretenuresizethreshold

测试代码：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];
    }
}

运行结果如下：

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

我们可以看到，结果数直接把8m扔到了老年代里面了。
而我们修改成7m的时候

被发现7m全部扔到了eden里面。
如果我们制定了参数后，会发现结果变了。

参数如下所示：

-verbose:gc -xx:+printgcdetails -xx:+useserialgc -xms20m -xmx20m -xmn10m -xx:survivorratio=8 -xx:pretenuresizethreshold=6m

运行结果如下：

我们会发现7m进到了老年代。

长期存活对象进入老年代

参数如下：

-xx:maxtenuringthreshold

每次进行回收的时候，如果没被回收，那对象的年龄+1

如果对象年龄到达阈值，就会进入老年代。

具体测试和上面的max一样。就不占篇幅了。

空间分配担保

参数如下：

-xx:+handlepromotionfailure

步骤如下：

  • 首先衡量有没有这个能力，然后才能进行分配。
  • 如果有这个能力放入，那么这个参数是‘+’号证明开启了内存担保，否则是‘-’号就是没开启。

逃逸分析与栈上分配

如何将内存分配到栈上呢？
这时就需要我们使用逃逸分析，筛选出未发生逃逸对象。

逃逸分析的主要目标就是分析出对象的作用域。

public class a {
    a obj;
    //方法返回a对象,发生逃逸。
    public a getinstance() {
        return this.obj ==null?new a():obj;
    }
    //为成员属性赋值,发生逃逸
    public void setobj() {
        this.obj = new a();
    }
    //没有发生逃逸。对象的作用域尽在当前方法中有效，没有发生逃逸。
    public void usea() {
        a s = new a();
    }
    //
    public void usea2() {
        a s = getinstance();
    }
}

总结，只要定义在方体中，对象的作用域不发生逃逸，否则发生逃逸。
所以尽量把变量放在方法体内，这样会提高效率。

总结：

jvm内存分配策略不是特别复杂，只要一步一步跟着虚拟机走，那么就可以去理解jvm内存分配的机制。

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