窥探JVM内存分配和回收的过程
一、环境
JDK | 垃圾收集器 | 是否启用TLAB | 通用JVM参数(堆内存分配见下图) |
---|---|---|---|
1.6.0_65 |
Serial + Serial Old |
否 | -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8 |
二、说明
Minor GC
- 发生在
新生代
,当Eden
区域没有足够空间进行分配- Java对象大多具有
短命
的特性- Minor GC
非常频繁
,速度也比较快
Major GC / Full GC
发生在老年代
- 出现Major GC,
经常
伴随至少一次Minor GCSpeedOf (Minor GC) ≈ 10 * SpeedOf (Major GC)
三、示例
1. 对象优先分配在Eden区
1.1 说明
- 新对象,优先考虑分配在
Eden
区域- 如果Eden区域没有
足够的空间
容纳新对象,进行GC
- 如果老年代有
足够的连续空间
用来存储所有新生代对象(或历次晋升的平均大小) ⇒Minor GC
- 如果对象太大,以至于
Survivor
区域无法容纳
,对象直接晋升到老年代
- 否则使用复制算法,
复制
到Survivor区域- 否则 ⇒ 先进行一次
Minor GC
,若仍不满足上述条件,进行Full GC
- 若
Full GC
后依然内存不足,
1.2 代码
- # 代码
- public class TestAllocation {
- private static final int _1MB = 1024 * 1024;
- // JVM Args:
- // -XX:+PrintGCDetails
- // -XX:+UseSerialGC
- // -Xms20m -Xmx20m
- // -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- System.out.println("===1. start full gc start===");
- System.gc();
- System.out.println("===1. start full gc end===\n");
- System.out.println("===2. gc logs===");
- byte[] a1 = new byte[_1MB / 4];
- byte[] a2 = new byte[4 * _1MB];
- byte[] a3 = new byte[4 * _1MB];// 一次Minor GC
- byte[] a4 = new byte[4 * _1MB];// 一次Minor GC
- byte[] a5 = new byte[4 * _1MB];// 一次Minor GC + 一次Full GC ⇒ OOM
- }
- }
1.3 运行结果
- # 仅保留关键信息
- ===1. start full gc start===
- [Full GC (System) [Tenured: 0K->426K(10240K)] 1974K->426K(19456K)
- ===1. start full gc end===
- ===2. gc logs===
- [GC [DefNew: 4843K->256K(9216K)] 5270K->4778K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4352K->256K(9216K)] 8874K->8874K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4436K->4436K(9216K)][Tenured: 8618K->8618K(10240K)] 13055K->12970K(19456K)
- [Full GC [Tenured: 8618K->8549K(10240K)] 12970K->12902K(19456K)
- Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
- Heap
- def new generation total 9216K, used 4657K
- eden space 8192K, 56% used
- from space 1024K, 0% used
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 8549K
- the space 10240K, 83% used
1.4 运行示意图
1.5 运行过程解析
- System.gc() ⇒
Full GC
新生代
已分配内存:0K
老年代
已分配内存:426K
- byte[] a1 = new byte[_1MB / 4];
- Eden空间充足,为
a1
分配256K
内存- byte[] a2 = new byte[4 * _1MB];
- Eden空间充足,为
a2
分配4096K
内存- byte[] a3 = new byte[4 * _1MB];
- Eden空间不足,不能为a3分配4096K内存,需要进行GC
- 4.1 判定是否需要Full GC
- 老年代
未分配的连续空间
:10240-427 =9813K
- 所有的新生代对象:sizeof(a1)+size(a2)=256+4096 =
4352K
9813
≫4352
⇒Minor GC
- 4.2 进行Minor GC
- 1024 > 256 ⇒ remainingSpaceOf(Survivor) > sizeof(a1) ⇒
a1复制到to(Survivor区)
- 4096 > 1024 ⇒ sizeof(a2) > sizeof(Survivor) ⇒
a2晋升到Tenured区
- 4.3
Minor GC
之后,Eden空间充足,为a3
分配4096K
内存
- 新生代 – 4352K
- Eden:4096K(
a3
)- from(Survivor):256K(
a1
)- to(Survivor):0K
- 老年代 – 4522K
- Tenured:426K + 4096K(
a2
)- byte[] a4 = new byte[4 * _1MB];
- Eden空间不足,不能为a4分配4096K内存,需要进行GC
- 5.1 判定是否需要Full GC
- 老年代
未分配的连续空间
:10240-427-4096 =5717K
- 所有的新生代对象:sizeof(a1)+size(a2)=256+4096 =
4352K
5717
≫4352
⇒Minor GC
- 5.2 进行Minor GC
- 第二次GC ⇒
a1由from复制到to
- 4096 > 1024 ⇒ sizeof(a3) > sizeof(Survivor) ⇒
a3晋升到Tenured区
- 5.3
Minor GC
之后,Eden空间充足,为a4
分配4096K
内存
- 新生代 – 4436K
- Eden:84K + 4096K(
a4
)- from(Survivor):0K
- to(Survivor):256K(
a1
)- 老年代 – 8618K
- Tenured:426K + 4096K(
a2
) + 4096K(a3
)- byte[] a5 = new byte[4 * _1MB];
- Eden空间不足,不能为a5分配4096K内存,需要进行GC
- 6.1 判定是否需要Full GC
- 老年代
未分配的连续空间
:10240-427-4096-4096 =1621K
- 所有的新生代对象:sizeof(a1)+size(a2)=256+4096 =
4352K
1621
≪4352
⇒Minor GC
+Full GC
- 6.2 进行Minor GC
- 第三次GC ⇒
a1由to复制到from
- 4096 > 1621 ⇒ sizeof(a4) > remainingSpaceOf(Tenured) ⇒
a4无法晋升到Tenured区
- 6.3
Minor GC
之后,堆空间内存布局没有变化
,Eden空间依旧不足,进行Full GC
- 老年代减少了69K,忽略不计,依然保留着
a2
和a3
- 新生代增加了17k,忽略不计,依然保留着
a1
和a4
- 6.4
Full GC
之后,新生代和老年代内存都不足以为a5
分配内存,抛出OOM异常
2. 大对象
直接进入老年代
2.1 说明
- 大对象:需要
大量连续内存空间
的Java对象,如长字符串
和大数组
- 代码中尽量避免使用
短命大对象
-XX:PretenureSizeThreshold=?
(Byte)
- 新对象的大小大于PretenureSizeThreshold,直接分配在
老年代
- 作用
- 新生代采用的是复制算法,
避免
Eden和Survivor之间的内存复制
降低GC频率
2.2 代码
- public class TestPretenureSizeThreshold {
- private static final int _1MB = 1024 * 1024;
- // JVM Args
- // -XX:+PrintGCDetails
- // -XX:+UseSerialGC
- // -Xms20m -Xmx20m
- // -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8
- // -XX:PretenureSizeThreshold=3145728
- public static void main(String[] args) {
- byte[] a1 = new byte[4 * _1MB]; // 直接分配到tenured
- byte[] a2 = new byte[4 * _1MB]; // 直接分配到tenured,无需GC
- }
- }
2.3 运行结果
- # 仅保留关键信息
- Heap
- def new generation total 9216K, used 2302K
- eden space 8192K, 28% used
- from space 1024K, 0% used
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 8192K
- the space 10240K, 80% used
2.4 运行过程解析
- sizeof(a1) > PretenureSizeThreshold ⇒ 直接分配在
Tenured
- sizeof(a2) > PretenureSizeThreshold ⇒ 直接分配在
Tenured
- 如果不设置PretenureSizeThreshold,在分配a2前会产生一次
Minor GC
,最终a1
在Tenured
,a2
在Eden
3. 长期存活
的对象晋升到老年代
3.1 说明
- 对象年龄:对象每经历一次
Minor GC
,对象年龄加1
- JVM参数:
-XX:MaxTenuringThreshold
=?,默认是15
3.2 代码
- public class TestTenuringThreshold {
- private static final int _1MB = 1024 * 1024;
- private static final int MAX_OBJ_AGE = 2;
- // JVM Args
- // -XX:+PrintGCDetails
- // -XX:+UseSerialGC
- // -Xms20m -Xmx20m
- // -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8
- // -XX:MaxTenuringThreshold=3
- public static void main(String[] args) {
- System.out.println("===1. start full gc start===");
- System.gc();
- System.out.println("===1. start full gc end===\n");
- System.out.println("===2. gc logs===");
- byte[] a1 = new byte[_1MB / 4];
- byte[] a2 = new byte[4 * _1MB];
- byte[] a3 = null;
- for (int i = 0; i < MAX_OBJ_AGE; ++i) {
- // 执行一次, a1的年龄加1 , 最终a1的年龄为MAX_OBJ_AGE
- // 如果 MAX_OBJ_AGE > MaxTenuringThreshold ⇒ a1 晋升到 Tenured
- // 如果 MAX_OBJ_AGE ≦ MaxTenuringThreshold ⇒ a1 停留在 Survivor
- a3 = null;
- a3 = new byte[4 * _1MB];
- }
- }
- }
3.3 运行结果
- # 仅保留关键信息
- # MAX_OBJ_AGE = 3时
- ===1. start full gc start===
- [Full GC (System) [Tenured: 0K->430K(10240K)] 1974K->430K(19456K)
- ===1. start full gc end===
- ===2. gc logs===
- [GC [DefNew: 4679K->256K(9216K)] 5110K->4783K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4352K->256K(9216K)] 8879K->4783K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4352K->256K(9216K)] 8879K->4783K(19456K)]
- Heap
- def new generation total 9216K, used 4516K
- eden space 8192K, 52% used
- from space 1024K, 25% used
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 4526K
- the space 10240K, 44% used
- # MAX_OBJ_AGE = 4时
- ===1. start full gc start===
- [Full GC (System) [Tenured: 0K->426K(10240K)] 1974K->426K(19456K)
- ===1. start full gc end===
- ===2. gc logs===
- [GC [DefNew: 4843K->256K(9216K)] 5270K->4779K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4437K->256K(9216K)] 8960K->4779K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4409K->257K(9216K)] 8931K->4780K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4391K->0K(9216K)] 8913K->4780K(19456K)]
- Heap
- def new generation total 9216K, used 4449K
- eden space 8192K, 54% used
- from space 1024K, 0% used
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 4779K
- the space 10240K, 46% used
3.4 运行过程解析
a1
和a2
现在Eden
分配内存- 第一次为
a3
分配内存时,必须进行Minor GC
,a2
被晋升Tenured
,a3
分配在Eden
,a1
被复制到from(Survivor
),此时a1
的对象年龄为1
- 随后每次循环中,先将
a3
置为null
,a3
原先引用的内存变成了垃圾
,后续可回收- 再次为
a3
分配内存,此时Eden
区内存不足,进行Minor GC
- 目前存活的对象仅仅是
a1
,将其复制到to(另一块Survivor
),a1
的对象年龄加1
- 将
from
和Eden
区清空,并在Eden为a3
分配内存- MAX_OBJ_AGE = 3
≦
MaxTenuringThreshold时
- from space 1024K,
25%
used ⇒a1
依旧停留在Survivor
- MAX_OBJ_AGE = 4
>
MaxTenuringThreshold时
- [GC [DefNew:
4391K->0K
(9216K)] 8913K->4780K(19456K)] ⇒a1
晋升到Tenured
- from space 1024K,
0%
used ⇒Survivor
已经无存活对象
4. 动态对象年龄
判定
4.1 说明
- 在Survivor中
相同年龄
(对象年龄 ≧2
)的所有对象大小之和
≧0.5 * sizeof(Survivor)
⇒大于或等于
该年龄的对象直接晋升到老年代
,无须考虑MaxTenuringThreshold
4.2 代码一(单个1/2
对象)
- public class TestDynamicObjectAge {
- private static final int _1MB = 1024 * 1024;
- private static final int MAX_OBJ_AGE = 1;
- // JVM Args
- // -XX:+PrintGCDetails
- // -XX:+UseSerialGC
- // -Xms20m -Xmx20m
- // -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8
- // -XX:MaxTenuringThreshold=3
- public static void main(String[] args) {
- int al;
- System.out.println("===1. start full gc start===");
- System.gc();
- System.out.println("===1. start full gc end===\n");
- System.out.println("===2. gc logs===");
- byte[] a1 = new byte[_1MB / 2]; # 单个1/2对象
- byte[] a2 = new byte[4 * _1MB];
- byte[] a3 = null;
- for (int i = 0; i < MAX_OBJ_AGE; ++i) {
- // 相同年龄(对象年龄 ≧ 2)的所有对象大小之和 ≧ 0.5 * sizeof(Survivor)
- // ⇒ 大于或等于该年龄的对象直接晋升到老年代,无需考虑MaxTenuringThreshold
- a3 = null;
- a3 = new byte[4 * _1MB];
- }
- }
- }
4.3 代码一运行结果
- # 仅保留关键信息
- # MAX_OBJ_AGE = 1时
- ===1. start full gc start===
- [Full GC (System) [Tenured: 0K->429K(10240K)] 1974K->429K(19456K)
- ===1. start full gc end===
- ===2. gc logs===
- [GC [DefNew: 5099K->513K(9216K)] 5529K->5039K(19456K)]
- Heap
- def new generation total 9216K, used 4773K
- eden space 8192K, 52% used
- from space 1024K, 50% used # a1的对象年龄为1,依旧停留在Survivor区域
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 4525K
- the space 10240K, 44% used
- # MAX_OBJ_AGE = 2时
- ===1. start full gc start===
- [Full GC (System) [Tenured: 0K->426K(10240K)] 1974K->426K(19456K)
- ===1. start full gc end===
- ===2. gc logs===
- [GC [DefNew: 5099K->513K(9216K)] 5526K->5036K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4694K->1K(9216K)] 9216K->5037K(19456K)]
- # a1的对象年龄为2 < MaxTenuringThreshold,且a2等于0.5 * sizeof(Survivor),直接晋升到老年代
- Heap
- def new generation total 9216K, used 4317K
- eden space 8192K, 52% used
- from space 1024K, 0% used
- # a1的对象年龄为2 < MaxTenuringThreshold,且a2等于0.5 * sizeof(Survivor),直接晋升到老年代
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 5036K
- the space 10240K, 49% used
4.4 代码二(四个1/8
对象)
- public class TestDynamicObjectAge {
- private static final int _1MB = 1024 * 1024;
- private static final int MAX_OBJ_AGE = 1;
- // JVM Args
- // -XX:+PrintGCDetails
- // -XX:+UseSerialGC
- // -Xms20m -Xmx20m
- // -Xmn10m -XX:SurvivorRatio=8
- // -XX:MaxTenuringThreshold=3
- public static void main(String[] args) {
- int al;
- System.out.println("===1. start full gc start===");
- System.gc();
- System.out.println("===1. start full gc end===\n");
- System.out.println("===2. gc logs===");
- byte[] a1_1 = new byte[_1MB / 8]; # 四个1/8对象
- byte[] a1_2 = new byte[_1MB / 8];
- byte[] a1_3 = new byte[_1MB / 8];
- byte[] a1_4 = new byte[_1MB / 8];
- byte[] a2 = new byte[4 * _1MB];
- byte[] a3 = null;
- for (int i = 0; i < MAX_OBJ_AGE; ++i) {
- // 相同年龄(对象年龄 ≧ 2)的所有对象大小之和 ≧ 0.5 * sizeof(Survivor)
- // ⇒ 大于或等于该年龄的对象直接晋升到老年代,无需考虑MaxTenuringThreshold
- a3 = null;
- a3 = new byte[4 * _1MB];
- }
- }
- }
4.5 代码二运行结果
- # 仅保留关键信息
- # MAX_OBJ_AGE = 1时
- ===1. start full gc start===
- [Full GC (System) [Tenured: 0K->427K(10240K)] 1974K->427K(19456K)
- ===1. start full gc end===
- ===2. gc logs===
- [GC [DefNew: 4971K->514K(9216K)] 5399K->5038K(19456K)]
- Heap
- def new generation total 9216K, used 4859K
- eden space 8192K, 53% used # a1_1、a1_2、a1_3、a1_4的对象年龄为1,依旧停留在Survivor区域
- from space 1024K, 50% used
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 4523K
- the space 10240K, 44% used
- # MAX_OBJ_AGE = 2时
- ===1. start full gc start===
- [Full GC (System) [Tenured: 0K->427K(10240K)] 1974K->427K(19456K)
- ===1. start full gc end===
- ===2. gc logs===
- [GC [DefNew: 4971K->514K(9216K)] 5399K->5037K(19456K)]
- [GC [DefNew: 4694K->0K(9216K)] 9218K->5037K(19456K)]
- # a1_1、a1_2、a1_3和a1_4的对象年龄为2 < MaxTenuringThreshold,且它们之和等于0.5 * sizeof(Survivor),晋升到老年代
- Heap
- def new generation total 9216K, used 4316K
- eden space 8192K, 52% used
- from space 1024K, 0% used
- # a1_1、a1_2、a1_3和a1_4的对象年龄为2 < MaxTenuringThreshold,且它们之和等于0.5 * sizeof(Survivor),晋升到老年代
- to space 1024K, 0% used
- tenured generation total 10240K, used 5037K
- the space 10240K, 49% used
- compacting perm gen total 21248K, used 4965K
- the space 21248K, 23% used
三、参考资料
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