新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
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。
1. 对象优先在Eden分配
大多数情况下，对象在新生代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Minor GC。
1.1 实验参数说明
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| -verbose:gc | 输出每一个GC事件的信息 |
| -Xloggc:d:/gc.log | 设置将GC日志输出到d盘gc.log文件中 |
| -XX:+UseSerialGC | 设置使用Serial + Serial Old的收集器组合进行内存回收 |
| -Xms20M | 设置堆初始大小为20M |
| -Xmx20M | 设置最大可分配内存为20M |
| -Xmn10M | 设置堆中新生代初始和最大可分配内存为10M |
| -XX:+PrintGCDetails | 启用打印GC事件详细信息 |
| -XX:SurvivorRatio=8 | 设置eden区和survivor区的比例为8 |
1.2 实验代码
private static final int _1MB = 1024 * 1024;
/**
* VM args: -verbose:gc -Xloggc:d:/gc.log -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8
*/
public static void testAllocation() {
byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
allocation1 = new byte[2 * _1MB];
allocation2 = new byte[2 * _1MB];
allocation3 = new byte[2 * _1MB];
allocation4 = new byte[4 * _1MB];// 出现一次Minor GC
}
1.3 GC日志
0.309: [GC0.373: [DefNew: 6980K->471K(9216K), 0.0352162 secs] 6980K->6615K(19456K), 0.0998168 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.10 secs]
Heap
def new generation total 9216K, used 4733K [0x00000000f9a00000, 0x00000000fa400000, 0x00000000fa400000)
eden space 8192K, 52% used [0x00000000f9a00000, 0x00000000f9e297e0, 0x00000000fa200000)
from space 1024K, 46% used [0x00000000fa300000, 0x00000000fa375c80, 0x00000000fa400000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000fa200000, 0x00000000fa200000, 0x00000000fa300000)
tenured generation total 10240K, used 6144K [0x00000000fa400000, 0x00000000fae00000, 0x00000000fae00000)
the space 10240K, 60% used [0x00000000fa400000, 0x00000000faa00030, 0x00000000faa00200, 0x00000000fae00000)
compacting perm gen total 21248K, used 2575K [0x00000000fae00000, 0x00000000fc2c0000, 0x0000000100000000)
the space 21248K, 12% used [0x00000000fae00000, 0x00000000fb083d90, 0x00000000fb083e00, 0x00000000fc2c0000)
-XX:SurvivorRatio=8
eden space 8192K、from space 1024K、to space 1024K
8:1:1
新生代总可用空间
def new generation total 9216K
Eden区 + 1个Survivor区的总容量
分析
执行testAllocation()中分配allocation4对象的语句时会发生一次Minor GC，这次GC的结果是新生代6980KB变为471KB，而总内存占用量机会没有减少（因为allocation1、allocation2、allocation3三个对象都是存活的，虚拟机机会没有找到可回收的对象）。这次GC发生的原因是给allocation4分配内存的时候，发现Eden已经占用了6MB，剩余空间不足以分配allocation4所需的4MB内存，因此发生Minor GC。GC期间虚拟机又发现已有的3个2MB大小的对象全部无法放入Survivor空间（Survivor空间只有1MB大小），所以只好通过分配担保机制提前转移到老年代去。
这次GC结束后，4MB的allocation4对象顺利分配在Eden中，因此程序执行完的结果是Eden占用4MB（被allocation4占用），Survivor空闲，老年代被占用6MB（被allocation1、allocation2、allocation3占用）。
2. 大对象直接进入老年代
所谓大对象是指，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。
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（复习一下：新生代采用复制算法收集内存）。
PretenureSizeThreshold参数只对Serial和ParNew两款收集器有效，Parallel Scavenge收集器不认识这个参数，Parallel Scavenge收集器一般并不需要设置。如果遇到必须使用此参数的场合，可以考虑ParNew加CMS的收集器组合。
2.1 实验参数说明
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| ...... | ...... |
| -XX:PretenureSizeThreshold=3145728 | 大于3MB的对象直接在老年代分配 |
2.2 实验代码
/**
* VM args: -verbose:gc -Xloggc:d:/gc.log -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:PretenureSizeThreshold=3145728
*/
public static void testPretenureSizeThreshold() {
byte[] allocation;
allocation = new byte[4 * _1MB];// 直接分配在老年代
}
2.3 GC日志
Heap
def new generation total 9216K, used 1000K [0x00000000f9a00000, 0x00000000fa400000, 0x00000000fa400000)
eden space 8192K, 12% used [0x00000000f9a00000, 0x00000000f9afa260, 0x00000000fa200000)
from space 1024K, 0% used [0x00000000fa200000, 0x00000000fa200000, 0x00000000fa300000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000fa300000, 0x00000000fa300000, 0x00000000fa400000)
tenured generation total 10240K, used 4096K [0x00000000fa400000, 0x00000000fae00000, 0x00000000fae00000)
the space 10240K, 40% used [0x00000000fa400000, 0x00000000fa800010, 0x00000000fa800200, 0x00000000fae00000)
compacting perm gen total 21248K, used 2575K [0x00000000fae00000, 0x00000000fc2c0000, 0x0000000100000000)
the space 21248K, 12% used [0x00000000fae00000, 0x00000000fb083e70, 0x00000000fb084000, 0x00000000fc2c0000)
2.4 分析
执行testPretenureSizeThreshold()方法后，我们看到Eden空间几乎没有被使用，而老年代的10MB空间被使用了40%，也就是4MB的allocation对象直接就分配在老年代中，这是因为PretenureSizeThreshold被设置为3MB（就是3145728，这个参数不能像-Xmx之类的参数一样直接写3MB），因此超过3MB的对象都会直接在老年代进行分配。
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，并且对象年龄设置为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。
3.1 实验参数说明
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| ...... | ...... |
| -XX:MaxTenuringThreshold | 设置年龄阈值 |
| -XX:+PrintTenuringDistribution | 打印年龄信息 |
3.2 实验代码
/**
* VM args: -verbose:gc -Xloggc:d:/gc.log -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=1 -XX:+PrintTenuringDistribution
*/
public static void testTenuringThreshold() {
byte[] allocation1, allocation2, allocation3;
allocation1 = new byte[_1MB / 4];
// 什么时候进入老年代取决于XX:MaxTenuringThreshold设置
allocation2 = new byte[4 * _1MB];
allocation3 = new byte[4 * _1MB];
allocation3 = null;
allocation3 = new byte[4 * _1MB];
}
3.3 GC日志
测试一：-XX:MaxTenuringThreshold=1
0.126: [GC0.127: [DefNew
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 1 (max 1)
- age 1: 744784 bytes, 744784 total
: 5188K->727K(9216K), 0.0049140 secs] 5188K->4823K(19456K), 0.0054883 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
0.133: [GC0.133: [DefNew
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 1 (max 1)
- age 1: 136 bytes, 136 total
: 4907K->0K(9216K), 0.0015680 secs] 9003K->4822K(19456K), 0.0016081 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
def new generation total 9216K, used 4260K [0x00000000f9a00000, 0x00000000fa400000, 0x00000000fa400000)
eden space 8192K, 52% used [0x00000000f9a00000, 0x00000000f9e28fd0, 0x00000000fa200000)
from space 1024K, 0% used [0x00000000fa200000, 0x00000000fa200088, 0x00000000fa300000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000fa300000, 0x00000000fa300000, 0x00000000fa400000)
tenured generation total 10240K, used 4822K [0x00000000fa400000, 0x00000000fae00000, 0x00000000fae00000)
the space 10240K, 47% used [0x00000000fa400000, 0x00000000fa8b5ad8, 0x00000000fa8b5c00, 0x00000000fae00000)
compacting perm gen total 21248K, used 2575K [0x00000000fae00000, 0x00000000fc2c0000, 0x0000000100000000)
the space 21248K, 12% used [0x00000000fae00000, 0x00000000fb083e70, 0x00000000fb084000, 0x00000000fc2c0000)
测试二：-XX:MaxTenuringThreshold=15
CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=10485760 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:NewSize=10485760 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintTenuringDistribution -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseSerialGC
0.157: [GC0.186: [DefNew
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 1 (max 15)
- age 1: 744784 bytes, 744784 total
: 5188K->727K(9216K), 0.0127895 secs] 5188K->4823K(19456K), 0.0420490 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.05 secs]
0.200: [GC0.200: [DefNew
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age 1: 136 bytes, 136 total
: 4907K->0K(9216K), 0.0021092 secs] 9003K->4822K(19456K), 0.0021666 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
def new generation total 9216K, used 4260K [0x00000000f9a00000, 0x00000000fa400000, 0x00000000fa400000)
eden space 8192K, 52% used [0x00000000f9a00000, 0x00000000f9e28fd0, 0x00000000fa200000)
from space 1024K, 0% used [0x00000000fa200000, 0x00000000fa200088, 0x00000000fa300000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000fa300000, 0x00000000fa300000, 0x00000000fa400000)
tenured generation total 10240K, used 4822K [0x00000000fa400000, 0x00000000fae00000, 0x00000000fae00000)
the space 10240K, 47% used [0x00000000fa400000, 0x00000000fa8b5ad8, 0x00000000fa8b5c00, 0x00000000fae00000)
compacting perm gen total 21248K, used 2575K [0x00000000fae00000, 0x00000000fc2c0000, 0x0000000100000000)
the space 21248K, 12% used [0x00000000fae00000, 0x00000000fb083e70, 0x00000000fb084000, 0x00000000fc2c0000)
备注：测试结果发现设置为15时的结果和1一样。这个暂时不知道原因？？
4. 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。
4.1 实验代码
/**
* VM args: -verbose:gc -Xloggc:d:/gc.log -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=1 -XX:+PrintTenuringDistribution
*/
public static void testTenuringThreshold2() {
byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
allocation1 = new byte[_1MB / 4];
allocation2 = new byte[_1MB / 4];
// allocation1 + allocation2大于survivor空间一半
allocation3 = new byte[4 * _1MB];
allocation4 = new byte[4 * _1MB];
allocation4 = null;
allocation4 = new byte[4 * _1MB];
}
4.3 GC日志
CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=10485760 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:NewSize=10485760 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintTenuringDistribution -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseSerialGC
0.401: [GC0.477: [DefNew
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 1 (max 15)
- age 1: 1007136 bytes, 1007136 total
: 5444K->983K(9216K), 0.0206109 secs] 5444K->5079K(19456K), 0.0971081 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.10 secs]
0.499: [GC0.499: [DefNew
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age 1: 136 bytes, 136 total
: 5164K->0K(9216K), 0.0029951 secs] 9260K->5079K(19456K), 0.0030660 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
def new generation total 9216K, used 4260K [0x00000000f9a00000, 0x00000000fa400000, 0x00000000fa400000)
eden space 8192K, 52% used [0x00000000f9a00000, 0x00000000f9e28fd0, 0x00000000fa200000)
from space 1024K, 0% used [0x00000000fa200000, 0x00000000fa200088, 0x00000000fa300000)
to space 1024K, 0% used [0x00000000fa300000, 0x00000000fa300000, 0x00000000fa400000)
tenured generation total 10240K, used 5078K [0x00000000fa400000, 0x00000000fae00000, 0x00000000fae00000)
the space 10240K, 49% used [0x00000000fa400000, 0x00000000fa8f5ba8, 0x00000000fa8f5c00, 0x00000000fae00000)
compacting perm gen total 21248K, used 2575K [0x00000000fae00000, 0x00000000fc2c0000, 0x0000000100000000)
the space 21248K, 12% used [0x00000000fae00000, 0x00000000fb083f60, 0x00000000fb084000, 0x00000000fc2c0000)
4.4 分析
执行testTenuringThreshold2()方法，并设置-XX:MaxTenuringThreshold=15，会发现运行结果中Survivor的空间仍然为0%， 而老年代比预期增加了6%，就是说allocation1、allocation2对象都直接进入了老年代，而没有等到15岁的临界年龄。因为这个两个对象加起来已经达到了512KB，并且它们是同年的，满足同年对象达到Survirvor空间一半规则。
5. 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。
