JVM知識點掃盲系列（2）

JVM的堆記憶體實現為什麼採用分代思想？

每次被小夥伴問到這種空洞的問題，簡直頭皮發麻，每次的草草解釋，感覺都是蒼白無力的語言，詞窮的我只能和他們說，演算法是慢慢優化，並演化過來的…

先來點專業的知識：1960年，McCarthy和Collins發表了第一篇有關自動動態記憶體管理（垃圾回收）的論文，而垃圾回收機制最早誕生於1958年的Lisp古老語言。垃圾回收的出現，給軟體開發帶來的眾多收益，大大消除了開發過程中的幾大類錯誤，比如嘗試對懸掛指標進行解引用，對已經釋放的記憶體進行二次釋放等。

如果沒有采用分代思想實現記憶體，會怎麼樣？

首先應該知道，新建立的物件都在堆上分配記憶體，每次垃圾回收，先標記出那些存活的物件（或者是垃圾物件），這時可以採取多種方式進行後續處理。

1、清空垃圾物件，保留存活物件。

這種方式，不會涉及物件複製，應該效率還不錯，但是存在致命的問題，可能發生GC幾次之後，就出現大量的記憶體碎片，而這些碎片已經小到不足以分配任何物件。

2、移動存活物件。

這種方式，需要把這些物件移動到記憶體的一端，可以完美解決記憶體碎片問題，但是，對於長期活躍的物件，每次GC都要進行移動，特別是對於大物件來說，這個效率實在可怕。

有一個”弱分代假說”，weak generational hypothesis，大概含義是：大多數物件都在年輕的時候死亡，而且這個假說已經在各種不同型別的程式語言中得到證實。因此可以利用這一特性，儘量的提高回收效益（回收之後所得的空間），同時減小回收時的時間開銷，這裡就需要對第二種方式進行適當的改進，對於一些長期活躍的物件，甚至大物件來說，應該儘量的減少他們被複制的次數，其實就是避免每次垃圾回收都進行復制。

所以，這裡很巧妙的引入了分代思想，把整個記憶體堆分成兩塊區域，即新生代和老年代。

上圖就是HotSpot虛擬機器的具體演算法實現了，對新生代進行了更細的劃分，分成Eden區和2個Survivor，新建立的小物件直接在Eden進行分配，大物件可以選擇在老年代進行分配（這樣可以有效的防止在YGC的時候進行移動）。

當Eden分配滿了之後，就會觸發我們熟悉的YGC進行垃圾回收，先標記存活物件，再複製到其中一個Survivor區，如果Survivor區裝不下存活物件，那說明JVM引數設定的不太合理，因為Eden區和2個Survivor的預設比例是8:1:1，但是我看到過，有同學竟然線上上環境設定了22:1:1，這個比例實在有點偏激，因為Survivor裝不下的物件，會被提前放入老年，會導致老年代提早被用完。

使用這種方式，如果一個物件經歷了多次YGC（預設是15次，但是這個值是動態變化的），依然還是存活的，我們就可以粗暴的認為這個物件已經不再年輕，可以進入老年代進行養老了，在之後的YGC，這些物件就不會再參與複製了，有效的避免了上面提到的問題。

其實採用了分代之後，會引入另外一個問題，因為YGC演算法只對新生代進行垃圾回收，但是老年代也有被用完的時候，也需要一個對應的垃圾回收演算法，很明顯，整體的演算法複雜度上升了不止一點點，而且為了能夠找出新生代全部的存活物件，還需要維護物件之間的跨代的引用，不過相對於分代回收所帶來的收益相比，這一開銷是值得的。

如何設計分代垃圾回收器，同時達到高吞吐量和低耗時，是一門長期而又精妙的藝術。

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