JVM(八)、用例子来测试JVM内存的分配情况以及Minor GC和Full GC的发生时机

一、JVM内存分配情况

我们知道，Java内存分配的时候，堆中1/3是年轻代（新生代），2/3是老年代，我们现再设置如下JVM启动参数

-Xms9M -Xmx9M -XX:+PrintGCDetails

然后运行代码

public class HeapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //堆内存占用测试
    }
}

结果如下

Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 955K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 46% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffdeec80,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
 ParOldGen       total 7168K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 0% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff600000,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 2537K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 270K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

我们的堆内存大概有9*1024=9216KB，然后新生代为（PSYoungGen）2560KB，老年代（ParOldGen）有7168K，占比跟上面说的1/3是年轻代，2/3是老年代差不多，然后元空间（Metaspace）用了2537K，元空间就是方法区，方法区用的内存是直接内存。

并且我们还可以知道，就算没有执行任何逻辑，堆中eden区还是会有一定的占用，那是因为HeadTest以及一些
JVM本来的类产生的对象。

二、测试JVM内存回收

大多数情况下，对象在年轻代中Eden区分配，当Eden区中没有足够的空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC,在老年代没有足够空间的时候才会进行一次Full GC，我们先看一下Minor GC和Full GC有啥区别：

Minor GC,在老年代没有足够空间的时候才会进行一次Full GC，我们先看一下Minor GC和Full GC有啥区别：
Minor GC/Young GC:指发生新生代的垃圾收集动作，Minor GC非常频繁，回收速度一般也比较快。Minor GC/Young GC:指发生新生代的垃圾收集动作，Minor GC非常频繁，回收速度一般也比较快。

Major GC/Full GC:一般会回收老年代，年轻代，方法区的垃圾，Major GC的速度一般会比Minor GC的慢10倍以上。

为什么Full GC会比Minor GC慢10倍以上，这里简单说明下，因为新生代垃圾回收一般用的算法时复制算法，而老年代一般用的时标记整理算法，所以比较慢，这个在以后会说到。

下面来触发一下垃圾回收，JVM配置参数和代码如下：

-Xms9M -Xmx9M -XX:+PrintGCDetails

1、先分配1000KB内存

public class HeapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1、先分配1000KB内存
        byte[] k1 = new byte[1000*1024];
    }
}

运行结果如下

Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 1955K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 95% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffee8ce8,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
 ParOldGen       total 7168K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 0% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff600000,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 2537K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 270K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

新生代：eden:95%;from:0%;to:0%;
老年代：0%;

2、再分配200KB内存

public class HeapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1、先分配1000KB内存
        byte[] k1 = new byte[1000*1024];
        //2、再分配200KB内存
        byte[] k2 = new byte[200*1024];
    }
}

运行结果：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1913K->504K(2560K)] 1913K->1648K(9728K), 0.0018048 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 664K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 7% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd28370,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 98% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff7e010,0x00000000fff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
 ParOldGen       total 7168K, used 1144K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 15% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff71e010,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 2538K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 270K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

新生代：eden:10%;from:98%;to:0%;
老年代：15%;

此时因为Eden已经放不下了，所以触发了一次minor GC，然后将一部分内存移动到了from区，但是发现移动到from区后还是放不下，所以就移动到了老年代。

3、再分配2K内存

public class HeapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1、先分配1000KB内存
        byte[] k1 = new byte[1000*1024];
        //2、再分配200KB内存
        byte[] k2 = new byte[200*1024];
        //3、再分配2KB内存
        byte[] k3 = new byte[2*1024];
    }
}

运行结果如下

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1913K->504K(2560K)] 1913K->1608K(9728K), 0.0020718 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 766K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 12% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd41a00,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 98% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff7e030,0x00000000fff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
 ParOldGen       total 7168K, used 1104K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 15% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff714010,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 2538K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 270K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

新生代：eden:12%;from:98%;to:0%;
老年代：15%;

表明新分配的对象如果Eden区内存还足够的话，还是会在eden区分配内存的。

4、再分配8000KB内存，看是否会触发Full GC

public class HeapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1、先分配1000KB内存
        byte[] k1 = new byte[1000*1024];
        //2、再分配200KB内存
        byte[] k2 = new byte[200*1024];
        //3、再分配2KB内存
        byte[] k3 = new byte[2*1024];
        //4、再分配8000KB内存
        byte[] k4 = new byte[8000*1024];
    }
}

运行结果

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1913K->504K(2560K)] 1913K->1624K(9728K), 0.0024726 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 745K->496K(2560K)] 1865K->1828K(9728K), 0.0012383 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 496K->480K(2560K)] 1828K->1852K(9728K), 0.0006963 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 480K->0K(2560K)] [ParOldGen: 1372K->1772K(7168K)] 1852K->1772K(9728K), [Metaspace: 2531K->2531K(1056768K)], 0.0068447 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] 1772K->1772K(9728K), 0.0004366 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] [ParOldGen: 1772K->1761K(7168K)] 1772K->1761K(9728K), [Metaspace: 2531K->2531K(1056768K)], 0.0067124 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.suibibk.jvm.HeapTest.main(HeapTest.java:13)
Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 60K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 2% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd0f1f8,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
 ParOldGen       total 7168K, used 1761K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 24% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff7b8748,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 2563K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 273K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

根据结果可以知道，先触发了Minor GC,后面老年代也不够了就触发了Full GC,并且抛出了OutOfMemoryError。为什么都触发了Full GC还会抛出OutOfMemoryError异常呢？

是因为对于强引用，当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

那么我们要换一种方法来测试了，我们知道Java有一种引用叫做软引用，来描述一些还有用但是并非必须的对象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示。对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象。因此，这一点可以很好地用来解决OOM的问题。

5、用软引用来测试Full GC并且不触发OutOfMemoryError。

因为我内存分配的总共就只有9M，所以测试值比较难找，如果对象分配内存太大，那么就算有软引用也还是不够。

不使用软引用的情况

public class HeapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1、先分配1000KB内存
        //SoftReference<byte[]> k1 = new SoftReference<byte[]>(new byte[1000*1024]);
        byte[] k1 = new byte[1000*1024];
        //2、再分配200KB内存
        byte[] k2 = new byte[200*1024];
        //3、再分配2KB内存
        byte[] k3 = new byte[2*1024];
        //4、再分配6400KB内存
        byte[] k4 = new byte[6400*1024];
    }
}

运行结果

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1913K->504K(2560K)] 1913K->1640K(9728K), 0.0016796 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 745K->488K(2560K)] 1881K->1872K(9728K), 0.0011202 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 488K->480K(2560K)] 1872K->1864K(9728K), 0.0008974 secs] [Times: user=0.03 sys=0.02, real=0.01 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 480K->0K(2560K)] [ParOldGen: 1384K->1772K(7168K)] 1864K->1772K(9728K), [Metaspace: 2531K->2531K(1056768K)], 0.0065214 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] 1772K->1772K(9728K), 0.0003934 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] [ParOldGen: 1772K->1761K(7168K)] 1772K->1761K(9728K), [Metaspace: 2531K->2531K(1056768K)], 0.0072175 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.suibibk.jvm.HeapTest.main(HeapTest.java:17)
Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 60K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 2% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd0f1f8,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
 ParOldGen       total 7168K, used 1761K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 24% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff7b8748,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 2562K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 273K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

可以看到，触发了OutOfMemoryError。

然后使用软引用

public class HeapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1、先分配1000KB内存
        SoftReference<byte[]> k1 = new SoftReference<byte[]>(new byte[1000*1024]);
        //byte[] k1 = new byte[1000*1024];
        //2、再分配200KB内存
        byte[] k2 = new byte[200*1024];
        //3、再分配2KB内存
        byte[] k3 = new byte[2*1024];
        //4、再分配6400KB内存
        byte[] k4 = new byte[6400*1024];
    }
}

我们的预计是再Full GC后发现内存不够的情况下，会把软引用k1给回收，然后就不会导致OutOfMemoryError，运行测试看看

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1914K->504K(2560K)] 1914K->1640K(9728K), 0.0020576 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 745K->480K(2560K)] 1881K->1816K(9728K), 0.0012011 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 480K->496K(2560K)] 1816K->1848K(9728K), 0.0005865 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 496K->0K(2560K)] [ParOldGen: 1352K->1772K(7168K)] 1848K->1772K(9728K), [Metaspace: 2531K->2531K(1056768K)], 0.0065809 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] 1772K->1772K(9728K), 0.0003726 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] [ParOldGen: 1772K->762K(7168K)] 1772K->762K(9728K), [Metaspace: 2531K->2531K(1056768K)], 0.0060668 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 2560K, used 20K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 2048K, 1% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd05360,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
 ParOldGen       total 7168K, used 7162K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
  object space 7168K, 99% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffcfe830,0x00000000ffd00000)
 Metaspace       used 2537K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 270K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

果然，跟预计的一样，没有导致OutOfMemoryError。

三、总结

1、新对象会先放在新生代的Eden区
2、再Eden区满了后会触发Minor GC
3、如果新生代触发了Minor GC后还是放不下则会将对象放入老年代中
4、如果老年代也满了就会触发Full GC
5、触发Full GC的时候如果内存还不够并且没有软引用对象则会报OutOfMemoryError，若有软引用会把软引用强制清理，若清理后内存够就不会报OutOfMemoryError，否则还是会爆OutOfMemoryError。