大对象直接进入老年代Java的自动内存管理最终可以归结为自动化地解决了两个问题:
- 给对象分配内存
- 回收分配给对象的内存
对象的内存分配通常是在堆上分配(除此以外还有可能经过JIT编译后被拆散为标量类型并间接地栈上分配),对象主要分配在新生代的Eden区上,如果启动了本地线程分配缓冲,将按线程优先在TLAB(Thread Local Allocation Buffer)上分配。少数情况下也可能会直接分配在老年代中,分配的规则并不是固定的,实际取决于垃圾收集器的具体组合以及虚拟机中与内存相关的参数的设置。
对象优先在Eden区分配
大多数情况下,对象在新生代的Eden区中分配。当Eden区没有足够空间进行分配时,虚拟机将发起一次Minor GC。
大对象直接进入老年代
所谓的大对象是指,需要大量连续内存空间的Java对象,最典型的大对象就是很长的字符串以及数组。大对象对虚拟机的内存分配来说是一个坏消息(尤其是遇到朝生夕灭的“短命大对象”,写程序时应避免),经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就提前触发GC以获取足够的连续空间来安置它们。
虚拟机提供了一个-XX:PretenureSizeThreshold参数,令大于这个设置值的对象直接在老年代分配。这样做的目的是避免在Eden区及两个Survivor区之间发生大量的内存复制(新生代采用复制算法回收内存)。
长期存活的对象将进入老年代
既然虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存,那么内存回收时就必须能识别哪些对象应放在新生代,哪些对象应放在老年代中。为了做到这点,虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄(Age)计数器。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,将被移动到Survivor空间中,并且对象年龄设为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),就将会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值,可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold设置。
动态对象年龄判定
为了能更好地适应不同程序的内存状况,虚拟机并不是永远地要求对象的年龄必须达到了MaxTenuringThreshold才能晋升老年代,如果在Survivor空间中相同年龄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就可以直接进入老年代,无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。
空间分配担保
在发生Minor GC之前,虚拟机会先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间,如果这个条件成立,那么Minor GC可以确保是安全的。如果不成立,则虚拟机会查看HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。如果允许,那么会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小,如果大于,将尝试着进行一次Minor GC,尽管这次Minor GC是有风险的;如果小于,或者HandlePromotionFailure设置不允许冒险,那这时也要改为进行一次Full GC。
前面提到过,新生代使用复制收集算法,但为了内存利用率,只使用其中一个Survivor空间来作为轮换备份,因此当出现大量对象在Minor GC后仍然存活的情况(最极端的情况就是内存回收后新生代中所有对象都存活),就需要老年代进行分配担保,把Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。与生活中的贷款担保类似,老年代要进行这样的担保,前提是老年代本身还有容纳这些对象的剩余空间,一共有多少对象会活下来在实际完成内存回收之前是无法明确知道的,所以只好取之前每一次回收晋升到老年代对象容量的平均大小值作为经验值,与老年代的剩余空间进行比较,决定是否进行Full GC来让老年代腾出更多空间。
取平均值进行比较其实仍然是一种动态概率的手段,也就是说,如果某次Minor GC存活后的对象突增,远远高于平均值的话,依然会导致担保失败(Handle Promotion Failure)。如果出现了HandlePromotionFailure失败,那就只好在失败后重新发起一次Full GC。虽然担保失败时绕的圈子是最大的,但大部分情况下都还是会将HandlePromotionFailure开关打开,避免Full GC过于频繁。
Full GC的触发条件
对于Minor GC,其触发条件非常简单,当Eden区空间满时,就将触发一次Minor GC。而Full GC则相对复杂,因此本节我们主要介绍Full GC的触发条件。
调用System.gc()
此方法的调用是建议JVM进行Full GC,虽然只是建议而非一定,但很多情况下它会触发 Full GC,从而增加Full GC的频率,也即增加了间歇性停顿的次数。因此强烈建议能不使用此方法就不要使用,让虚拟机自己去管理它的内存,可通过-XX:+ DisableExplicitGC来禁止RMI调用System.gc()。
老年代空间不足
老年代空间不足的常见场景为前文所讲的大对象直接进入老年代、长期存活的对象进入老年代等,当执行Full GC后空间仍然不足,则抛出如下错误: Java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
为避免以上两种状况引起的Full GC,调优时应尽量做到让对象在Minor GC阶段被回收、让对象在新生代多存活一段时间及不要创建过大的对象及数组。
空间分配担保失败
前文介绍过,使用复制算法的Minor GC需要老年代的内存空间作担保,如果出现了HandlePromotionFailure担保失败,则会触发Full GC。
JDK 1.7及以前的永久代空间不足
在JDK 1.7及以前,HotSpot虚拟机中的方法区是用永久代实现的,永久代中存放的为一些class的信息、常量、静态变量等数据,当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多时,Permanet Generation可能会被占满,在未配置为采用CMS GC的情况下也会执行Full GC。如果经过Full GC仍然回收不了,那么JVM会抛出如下错误信息: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
为避免PermGen占满造成Full GC现象,可采用的方法为增大PermGen空间或转为使用CMS GC。
在JDK 1.8中用元空间替换了永久代作为方法区的实现,元空间是本地内存,因此减少了一种Full GC触发的可能性。
Concurrent Mode Failure
执行CMS GC的过程中同时有对象要放入老年代,而此时老年代空间不足(有时候“空间不足”是CMS GC时当前的浮动垃圾过多导致暂时性的空间不足触发Full GC),便会报Concurrent Mode Failure
错误,并触发Full GC。