深入理解Java虚拟机(四)Eden、Survivor、老年代、GC日志

 2019-12-22 10:32  阅读(1749)
文章分类:JVM

1. 年轻代

1.1 Eden区和Survivor区

新生代GC(Minor GC):指发生在新生代的垃圾收集动作,Minor GC非常频繁,新生代采用复制算法,一般回收速度也比较快。因为采用复制算法,所以年轻代分为三部分:1个Eden区和2个Survivor区(分别叫From和To),默认比例为8:1。GC的流程如下:

  • 在GC开始时,对象只存在于Eden区和From区,To是空的。
  • 紧接着,Eden区中所有存活的对象都会被复制到To,而在From区中,仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。
  • 年龄达到一定值(年龄值可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中。
  • 没有达到阈值的对象会被复制到To区。
  • 这次GC后,Eden区和From区已经被清空。
  • 此时From和To会交换他们的角色。也就是新的To就是上次GC前的From,新的From就是上次GC前的To。不管怎样,都会保证名为To的Survivor区域是空的。
  • Minor GC会一直重复这样的过程,直到To区被填满,To区被填满之后,会将所有对象移动到年老代中。

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。

1.2 有关年轻代的JVM参数

  • -XX:NewSize-XX:MaxNewSize:用于设置年轻代的大小,建议设为整个堆大小的1/3或者1/4,两个值设为一样大。
  • -XX:SurvivorRatio:用于设置Eden和其中一个Survivor的比值。
  • -XX:+PrintTenuringDistribution:这个参数用于显示每次Minor GC时Survivor区中各个年龄段的对象的大小。
  • -XX:InitialTenuringThreshol-XX:MaxTenuringThreshold:用于设置晋升到老年代的对象年龄的最小值和最大值。

2. 年老代。

老年代GC(Major GC/Full GC):指发生在老年代的GC,出现了Major GC,经常会伴随至少一次的Minor GC(但非绝对的,在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程)。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。

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那种很长的字符串以及数组(byte[]数组就是典型的大对象)。大对象对虚拟机的内存分配来说就是一个坏消息(替Java虚拟机抱怨一句,比遇到一个大对象更加坏的消息就是遇到一群“朝生夕灭”的“短命大对象”,写程序的时候应当避免),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垃圾收集以获取足够的连续空间来“安置”它们。

长期存活的对象将进入老年代。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。

2.1 年老代涉及的参数

  • -XX:PretenureSizeThreshold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收集内存)。

2.2 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。

下面解释一下“冒险”是冒了什么风险,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MinorGC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。

3. 日志示例:

虚拟机提供了-XX:+PrintGCDetails这个收集器日志参数,告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志,并且在进程退出的时候输出当前的内存各区域分配情况。

33.125:[GC[DefNew:3324K->152K(3712K),0.0025925 secs]3324K->152K(11904K),0.0031680 secs]

    100.667[FullGC[Tenured:0K->210K(10240K),0.0149142 secs]4603K->210K(19456K),[Perm:2999K->2999K(21248K)],0.0150007 secs][Times:user=0.01 sys=0.00,real=0.02 secs]
  • 最前面的数字33.125:100.667:代表了GC发生的时间。
  • GC日志开头的[GC[Full GC说明了这次垃圾收集的停顿类型,而不是用来区分新生代GC还是老年代GC的。
  • 如果有Full,说明这次GC是发生了Stop-The-World的。
  • 方括号内部的3324K->152K(3712K)表示GC前该内存区域已使用容量->GC后该内存区域已使用容量(该内存区域总容量)
  • 方括号外部的3324K->152K(11904K)表示GC前Java堆已使用容量->GC后Java堆已使用容量(Java堆总容量)
  • 0.0025925 secs表示该内存区域GC所占用的时间,单位是秒。
  • [Times:user=0.01 sys=0.00,real=0.02 secs],这里面的user、sys和real与Linux的time命令所输出的时间含义一致,分别代表用户态消耗的CPU时间、内核态消耗的CPU事件和操作从开始到结束所经过的墙钟时间(Wall Clock Time)。
  • CPU时间与墙钟时间的区别是,墙钟时间包括各种非运算的等待耗时,例如等待磁盘I/O、等待线程阻塞,而CPU时间不包括这些耗时,但当系统有多CPU或者多核的话,多线程操作会叠加这些CPU时间,所以读者看到user或sys时间超过real时间是完全正常的。

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