三、JVM 内存分配机制

• 一、JVM 类加载机制
• 二、JVM 内存模型
• 三、JVM 内存分配机制
• 四、JVM 垃圾收集算法 和 垃圾收集器

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一、JVM 内存分配与回收

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1. 对象优先在 Eden 区分配

• 大多数情况下，对象在新生代中 Eden 区分配。
• 当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次 MinorGC。

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• MinorGC/YoungGC：指发生新生代的的垃圾收集动作，MinorGC 非常频繁，回收速度一般也比较快。
• MajorGC/FullGC：一般会回收 年轻代、老年代、方法区 的垃圾，MajorGC 的速度一般会比 MinorGC 的慢 10 倍以上。

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2. 大对象直接进入老年代

• 大对象就是需要大量连续内存空间的对象（比如：字符串、数组）。
• JVM 参数（-XX:PretenureSizeThreshold=0）可以设置大对象的大小。

1. 默认值是 0，意味着任何对象都会现在新生代分配内存。
2. 如果对象超过设置的大小，会直接进入老年代，不会进入年轻代。
3. 这个参数只在 Serial 和 ParNew 两个收集器下有效。

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• 避免为大对象分配内存时的复制操作而降低效率，配置 大对象。

# 设置`JVM`参数，大对象（超过`1000000`B）直接进入老年代。
-XX:PretenureSizeThreshold=1000000 -XX:+UseSerialGC

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3. 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。
• 为了做到这一点，虚拟机给每个对象一个对象年龄（Age）计数器。

1. 如果对象在 Eden 出生，并经过第一次 MinorGC 后仍然能够存活，并且能被 Survivor 容纳的话，将被移动到 Survivor 空间中，并将对象年龄设为 1 岁。
2. 对象在 Survivor 区中每熬过一次 MinorGC，年龄就增加 1 岁，当它的年龄增加到一定程度（默认：15岁），就会被晋升到老年代中。

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• 对象晋升到老年代的 年龄阈值，可以通过参数（-XX:MaxTenuringThreshold=15）来设置。

-XX:MaxTenuringThreshold=10

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4. 对象动态年龄判断

• 当前放对象的 Survivor 区域里（放对象的那块 Survivor 区），对象的总大小大于这块 Survivor 区域内存大小的 50%。
• 那么此时 大于等于 这批对象年龄最大值的其他对象，就可以直接进入老年代了。

1. 例如：Survivor 区域里现在有一批对象（年龄1、年龄2、年龄n）的多个年龄对象。
2. 对象大小总和超过了 Survivor 区域的 50%。
3. 此时就会把 年龄n 以上的对象都放入老年代。

• 这个规则其实是希望那些可能是长期存活的对象，尽早进入老年代。
• 对象动态年龄判断机制，一般是在 MinorGC 之后触发的。

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5. MinorGC 后存活的对象 Survivor 区放不下

• 这种情况会把存活的对象，部分挪到老年代，部分可能还会放在 Survivor 区。

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6. 老年代空间分配担保机制

• 年轻代每次 MinorGC 之前，JVM 都会计算下 老年代剩余可用空间。

1. 如果这个可用空间 小于 年轻代里现有的所有对象大小之和（包括垃圾对象）。
2. 就会查看（-XX:-HandlePromotionFailure）的参数是否设置了（JDK-8 默认就设置了）。
3. 如果有这个参数，就会看看老年代的可用内存大小，是否大于之前每一次 MinorGC 后进入老年代的对象的 平均大小。
4. 如果上一步结果是小于或者之前说的参数没有设置，那么就会触发一次 FullGC，对老年代和年轻代一起回收一次垃圾。
5. 如果回收完还是没有足够空间存放新的对象，就会发生 "OOM"。

• 当然，如果 MinorGC 之后，剩余存活的需要挪动到老年代的对象大小 还是大于 老年代可用空间。

1. 那么也会触发 FullGC。
2. FullGC 完之后，如果还是没用空间放 MinorGC 之后的存活对象，则也会发生 "OOM"。
   

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7. Eden 与 Survivor 区默认 8:1:1

• 大量的对象被分配在 Eden 区，Eden 区满了后会触发 MinorGC。
  可能会有 99% 以上的对象成为垃圾被回收掉，剩余存活的对象会被挪到为空的那块 Survivor 区。
• 下一次 Eden 区满了后又会触发 MinorGC。
  把 Eden 区和 Survivor 区垃圾对象回收，把剩余存活的对象一次性挪动到另外一块为空的Survivor 区。
• 因为新生代的对象都是朝生夕死的，存活时间很短。
  所以 JVM 默认的 8:1:1 的比例是很合适的，让 Eden 区尽量的大，Survivor 区够用即可。

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• JVM 默认有这个参数（-XX:+UseAdaptiveSizePolicy），会导致这个比例自动变化。
  如果不想这个比例有变化，可以设置参数（-XX:-UseAdaptiveSizePolicy）。

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二、如何判断对象可以被回收

• 堆中几乎放着所有的对象实例，对堆垃圾回收前的第一步就是要判断哪些对象已经死亡（即不能再被任何途径使用的对象）。

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1. 引用计数法

• 给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器就加 1。
• 当引用失效，计数器就减 1。
• 任何时候计数器为 0 的对象，就是不可能再被使用的。

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• 这个方法实现简单，效率高，但是目前主流的虚拟机中并没有选择这个算法来管理内存，其最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。
• 所谓对象之间的相互引用问题，如下面代码所示：除了对象 testA 和 testN 相互引用着对方之外，这两个对象之间再无任何引用。
• 但是他们因为互相引用对方，导致它们的引用计数器都不为 0，于是引用计数算法无法通知 GC 回收器回收他们。

public class ReferenceCountingGCTest {

    private ReferenceCountingGCTest instance = null;

    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountingGCTest testA = new ReferenceCountingGCTest();
        ReferenceCountingGCTest testB = new ReferenceCountingGCTest();
        testA.instance = testB;
        testB.instance = testA;
        testA = null;
        testB = null;
        
    }
}

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2. 可达性分析算法

• 这个算法的基本思想：就是通过一系列的称为 "GCRoots" 的对象作为起点。
  从这些节点开始向下搜索引用的对象，找到的对象都标记为 非垃圾对象，其余未标记的对象都是 垃圾对象。
• "GCRoots" 根节点：线程栈的本地变量、静态变量、本地方法栈的变量 等等。
  

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3. 常见引用类型

• Java 的引用类型一般分为四种：强引用、软引用、弱引用、虚引用。

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3.1 强引用

• 强引用：普通的变量引用。

public static Person person = new Person();

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3.2 软引用

• 软引用：将对象用 SoftReference 软引用类型的对象包裹。
• 正常情况不会被回收，但是 GC 做完后，发现释放不出空间存放新的对象，则会把这些软引用的对象回收掉。
• 软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

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• 软引用在实际中有重要的应用，例如：浏览器的后退按钮。
• 按后退时，这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢？这就要看具体的实现策略了。

1. 如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收，则按后退查看前面浏览过的页面时，需要重新构建。
2. 如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费，甚至会造成内存溢出。

public static SoftReference personSoftReference = new SoftReference<>(new Person());

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3.3 弱引用

• 弱引用：将对象用 WeakReference 弱引用类型的对象包裹。
  弱引用跟没引用差不多，GC 会直接回收掉，很少用。

public static WeakReference personWeakReference = new WeakReference<>(new Person());

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3.4 虚引用

• 虚引用：虚引用也称为 幽灵引用 或者 幻影引用，它是最弱的一种引用关系，几乎不用。

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4. finalize() 方法最终判定对象是否存活

• 即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非是 “非死不可” 的，这时候它们暂时处于 “缓刑阶段”，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历再次标记过程。
• 标记的前提是对象在进行可达性分析后，发现没有与 GCRoots 相连接的引用链。

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• 第一次标记并进行一次筛选。

1. 筛选的条件是此对象是否有必要执行 finalize() 方法。
2. 当对象没有覆盖 finalize() 方法，对象将直接被回收。

• 第二次标记。

1. 如果这个对象覆盖了 finalize() 方法，finalize() 方法是对象脱逃死亡命运的 最后一次机会。
2. 如果对象要在 finalize() 中成功拯救自己，只要重新与引用链上的任何的一个对象建立关联即可。
3. 譬如：把自己赋值给某个类变量或对象的成员变量，那在第二次标记时它将移除出 “即将回收” 的集合。
4. 如果对象这时候还没逃脱，那基本上它就真的被回收了。

@Test
public void test2() throws InterruptedException {
    ArrayList