jvm - GC篇 - 技术栈

如何减慢一个对象进入老年代的速度，如何降低GC的次数

堆内存细分

年轻代（Young Generation）：

新创建的对象首先被分配在年轻代中。年轻代又被进一步划分为一个Eden区和两个Survivor区（通常称为S0和S1）。

当Eden区满时，会触发一次Minor GC（垃圾回收），存活的对象会被移动到一个Survivor区，不存活的对象会被清理。

老年代（Old Generation 或 Tenured Generation）

经过多次GC后仍存活的对象会被移动到老年代。老年代的空间通常比年轻代大，因为它存储的是生命周期较长的对象。
老年代的垃圾回收频率通常低于年轻代，但每次GC耗时更长，因为涉及到更多的对象和更大的内存区域。

永久代（Permanent Generation）或元空间（Metaspace）

在早期版本的JVM中，永久代用于存储JVM内部结构，如类的元数据、方法的字节码等。从Java 8开始，永久代被元空间替代。
元空间不在堆内存中，而是直接使用本地内存（即操作系统的内存），主要用于存储类的元数据。

大对象区（Large Object Space，或称为Huge Object Space）

一些JVM实现可能会为大对象提供专门的内存区域。这些对象由于大小超过了某个阈值，直接在老年代或特定的大对象区进行分配，以避免在年轻代中频繁复制。

空间大小

Eden与Survivor空间的比例可能接近8:1，也就是说，当每个Survivor空间占用10%的新生代空间时，Eden空间占用80%的新生代空间。新生代的总大小通常是堆内存的1/3到1/4，但这也取决于具体的JVM配置和可用内存。Survivor空间虽然有两个区域，但总有一个区域是空，也不会对其计算大小

老年代通常占据堆内存的其余部分。如果新生代占用了堆的1/3，那么老年代则大约占用2/3。

元空间并不在堆内存中，而是使用本地内存（native memory），用于存储类元数据。

在JDK 8及之后的版本中，默认情况下，元空间是没有硬性限制的（即没有默认的最大值），它会根据需要扩展，直到受限于系统内存。

对象会直接分配到老年代的情况

大对象：如果一个对象的大小超过了年轻代的某个阈值（在HotSpot JVM中通常是 8KB），这个对象会直接分配到老年代。大对象的典型例子包括大型数组或大的数据结构。
年轻代空间不足：如果年轻代中的空间不足以容纳新的对象，并且进行了一次年轻代的垃圾回收后仍然无法满足分配请求，JVM可能会尝试直接在老年代中分配对象。
jvm设置

垃圾收集的流程

常规情况

对象最初分配在Eden区。随着应用程序的运行，Eden区会逐渐填满。当我们Eden区满了后，就会触发GC操作，一般被称为 YGC / Minor GC操作，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区。
存活的对象会被移动到一个幸存者from区
随着应用程序的运行，Eden区会再次填满，执行Minor GC操作，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁，伊甸园区依然存活的对象存放到幸存者to区，同时幸存者from区的对象也复制到幸存者to区，经过一次回收后还存在的对象，将其年龄加 1。如此循环往复，当Survivor中的对象的年龄达到15的时候，将会触发一次 Promotion 晋升的操作，也就是将年轻代中的对象晋升到老年代中，在对伊甸园区做GC的时候，幸存者区满了，幸存对象会被直接提升到老年代（Old Generation）。这意味着即使对象的年龄没有达到通常提升的阈值，它们也会被移动到老年代，因为没有足够的空间在幸存者区容纳它们
如果老年代也没有足够的空间来容纳这些被提升的对象，JVM可能会触发一个完整的垃圾收集（Full GC），这是一个更彻底的收集过程，涉及整个堆，包括年轻代和老年代。Full GC通常比仅针对年轻代的Minor GC要慢得多，因为它需要检查和清理整个堆空间。
内存不足错误（OutOfMemoryError）：如果老年代也已满，并且无法为对象提供更多空间，JVM将无法继续运行，并抛出java.lang.OutOfMemoryError。这通常是一个严重的错误，表明应用程序需要更多内存，或者有内存泄漏需要修复

存在大对象的情况

对象过大，Eden园区放不下了，此时要先对Eden园区做一下垃圾回收，如果还是放不下，说明这是一个大对象，可以直接往老年代去放，老年代还是放不下，进行FULL GC，还是放不下，报OOM，重复过程：这个过程会随着Eden区的再次填满而重复，Survivor From区和Survivor To区会在每次Minor GC后交换角色。

from/to区，翻转的目的/好处是什么？

内存回收：垃圾收集的主要任务是识别并回收不再使用的对象所占用的内存。通过翻转，可以清空整个伊甸园区（Eden Space）和一个幸存者区（"From"），这样能快速回收大量内存。
减少碎片：通过将存活对象复制到一个连续的内存区域（"To"区），可以避免内存碎片的产生。这样，存活对象在内存中保持紧凑排列，而不是散布在内存的各个角落。
方便计数：在这个过程中，对象的年龄也被跟踪。每次对象在幸存者区之间移动时，它们的年龄就会增加

命令

-Xms：设置堆空间大小初始内存大小（年轻代 + 老年代），默认是服务器可用物理内存的1/64，但服务器可用物理内存比物理内存值要小，因为操作系统自身会占用一部分内存。所以想要一个精确值需要手动去指定，比如-Xms600m,最终实际值大约是575，因为俺默认大小来算，幸存者区占1/24,始终有一个是空的

-Xmx：设置堆空间大小最大内存大小（年轻代 + 老年代）,默认是服务器物理内存的1/4

-XX:Survivor:设置幸存者区在新生代的比例，默认是8

-XX:NewRatio:设置新生代和老年代的比例，默认是2，即新生代占总内存的1/3

-XX:printGCDetail

jinfo -flag NewRatio

java 复制代码

public static void main(string[] args){
	//返回Java虚拟机中的堆内存总量
	long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
	//返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量
	long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
	System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");
	System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");
}

开发环境设置，建议堆空间大小初始内存大小和堆空间大小最大内存大小相等，避免频繁的扩容与释放

堆的细分

开发中，不同的对象生命周期不同，有的对象转瞬即逝，有的对象甚至伴随整个jvm的运行周期

转瞬即逝，比如局部变量，方法执行完毕对应的引用出栈，后续会被回收
生命周期非常长的对象，比如静态变量，集合，例如我们比较熟悉的Spring使用一级缓存来存储单实例类型的bean，这个一级缓存本质上也是一个静态的map，此外还有各种池类资源比如线程池，链接池，他们的生命周期都很长，往往伴随整个jvm的运行周期

生命周期非常长的对象，没有必要对他们持续的做GC，所以当一个对象年龄超过15的时候，jvm认为这是一个稳定的对象，晋升老年代，老年代的GC频率是比较低的

伊甸园区

-XX:Survivor:设置幸存者区在新生代的比例，默认是8，但有一个自适应机制，所以需要显示声明这个值为8，才能获得正确的比例

-XX maxTenuringThreshold:

-Xmn:设置新生代大小

超过了80%对象都是朝生夕死的

几户所有对象都是在伊甸园区创建的，除非是

如何使对象更快的从新生代晋升老年代

在JVM的垃圾回收机制中，对象的晋升主要是通过两种方式实现的：

通过设置对象的年龄阈值。当对象在新生代中经历了一定次数的垃圾回收后，就会被晋升到老年代中。这个次数可以通过-XX:MaxTenuringThreshold参数设置。默认情况下，这个值是15。如果你想让对象更快的晋升到老年代，你可以降低这个值。

通过设置新生代的大小。如果新生代的空间不足以容纳所有的存活对象时，那么还没有达到年龄阈值的对象也会被晋升到老年代。因此，你也可以通过减小新生代的大小来加速对象的晋升。这个可以通过-XX:NewSize参数设置。

以上两种方式都可以使对象更快的从新生代晋升到老年代，但是也需要注意，过快的晋升可能会导致老年代的空间占用增加，从而影响到垃圾回收的效率。所以，在设置这些参数时，需要根据实际的应用情况进行权衡。

可达性分析算法

可达性分析算法的基本思路是通过一系列的称为"GC Roots"的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到"GC Roots"没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，可作为GC Roots引用链的对象

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
方法区中类静态属性引用的对象。
被同步锁synchronized持有的对象

被堆中某个实例所引用的对象会被垃圾回收吗

如果只是被堆中某个实例锁引用，那要看这个引用它的实例对象是否由GC ROOT的起始点可达，如果不可达，如果说明这只是实例对象之间的引用，那么这些实例对象在下次GC中都是会被作为垃圾被回收的

Minor GC如何再只扫描年轻代的情况下完成全堆扫描

当做Minor GC的时候，从GC Roots出发，如果发现老年代的对象，那就不往下走了，Minor GC会避开堆老年代对象的扫描，HotSpot虚拟机下有卡表来避免全局扫描老年代对象候选者，在堆内存的一小块区域形成卡页，卡表实际上就是卡页的集合。当判断一个卡页中有存在对象的跨代引用时，将这个页标记为脏页候选者：那知道了「卡表」之后，就很好办了。每次Minor GC 的时候只需要去「卡表」找到「脏页」，找到后加入至GC Root，而不用去遍历整个「老年代」的对象了。

栈中的引用被回收，它所引用的对象会被垃圾回收吗

要看情况，当这个实例对象栈中的引用被回收时，要看下这个对象是否还能GC ROOT的起始点可达，比如局部变量，栈中的引用被回收时，那就是不可达，下次GC被垃圾回收，如果是静态变量，栈中的引用被回收时，这个对象依然还能通过GC ROOT的起始点可达