垃圾收集器与内存分配策略

概述

GC要完成3件事：

1. 哪些内存需要回收？
2. 什么时候回收？
3. 如何回收？

Java内存的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随线程而生，随线程而灭；栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊地执行着入栈和出栈操作。每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知的，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，在这几个区域内就不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束，内存自然就跟随着回收了。

而Java堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，只有在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分的内存。

对象已死吗

引用计数算法

至少主流的Java虚拟机里面没有选用计数算法来管理内存，其中主要原因是它很难解决对象之间互相循环引用的问题。

可达性分析算法

Java中使用可达性分析（Reachability Analysis）来判定对象是否存活的。

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（Reference Chain）,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。

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

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

再谈引用

Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

• 强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，类似“Object obj = new Object()”这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

• 软引用是用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在JDK 1.2之后，提供了SoftReference类来实现软引用。

• 弱引用也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK 1.2之后，提供了WeakReference类来实现弱引用。

• 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。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在JDK 1.2之后，提供了PhantomReference类来实现虚引用。

生存还是死亡

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，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接，那么它将会被第一次标记且进行一次刷选，刷选的条件是此对象是否有必要执行finalize方法。当对象没有覆盖finalize方法，或者finalize方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。

被判定有必要执行finalize方法的对象将被放置与F-Queue的队列中。并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalize线程去执行它。这个执行并不会等待其运行结束，防止阻塞和崩溃。finalize方法是对象逃过死亡命运的最后一次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在finalize方法中拯救自己---只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可。但是一个对象的finalize方法只能被执行一次。

回收方法区

方法区一般可以不回收，回收效率很低。在堆中，新生代的垃圾收集效率70%-90%，而永久代的垃圾回收效率远低于此。

永久代的垃圾回收主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。“废弃常量”判断比较简单，但是“无用的类”的判断复杂一些，需要满足下面3个条件：

• 该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。
• 加载该类的ClassLoader已经被回收
• 该类对应的Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

是否对类进行回收，HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc参数进行控制，还可以使用-verbose:class以及-XX:+TraceClassLoading, -XX:+TraceClassUnLoading查看类架子啊和卸载信息，其中-verbose:class和-XX:+TraceClassLoading可以在Product版的虚拟机中使用，-XX:+TraceClassUnLoading参数需要FastDebug版的虚拟机支持。

在大量使用反射、动态代理、CGLib等ByteCode框架、动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能，以保证永久代不会溢出。

垃圾收集算法

标记-清除算法

算法分为标记和清除两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象，它的标记过程就是使用可达性算法进行标记的。

主要缺点有两个：

• 效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高
• 空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片

复制算法

复制算法：将可用内存按照容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后把已使用过的内存空间一次清理掉。

内存分配时不用考虑内存碎片问题，只要一动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。代价是将内存缩小为原来的一半。

标记-整理算法

标记整理算法（Mark-Compact），标记过程仍然和“标记-清除”一样，但后续不走不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

分代收集算法

根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般把Java堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特点采用最合适的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时有大批对象死去，只有少量存活，可以选用复制算法。而老年代对象存活率高，使用标记清理或者标记整理算法。

HotSpot的算法实现

枚举根节点

GC进行时必须停顿所有Java执行线程（Sun将之称为“Stop The World”）。即使是在号称（几乎）不会发生停顿的CMS收集器中，枚举根节点时也是必须要停顿的。

在HotSpot的实现中，是使用一组称为OopMap的数据结构来达到找到引用对象这个目的的。

安全点

实际上，HotSpot没有为每条指令都生成OopMap，前面已经提到，只是在“特定的位置”记录了这些信息，这些位置称为安全点（Safepoint），即程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在到达安全点时才能暂停。Safepoint的选定既不能太少以至于让GC等待时间太长，也不能过于频繁以致于过分增大运行时的负荷。所以，安全点的选定基本上是以程序“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准选定的----因为每条指令执行的时间都非常短暂，程序不太可能因为指令流长度太长这个原因而过长时间运行，“长时间执行”的最明显特征就是指令序列复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等，所以具有这些功能的指令才会产生Safepoint。

由于GC时，需要所有线程在安全点中断，一种是抢占式中断；另一种是主动式中断，其中抢占式中断就是在GC发生时，首先把所有线程全部中断，如果发现有线程不在安全点，就恢复线程，让它跑到安全点上。现在几乎没有JVM采用这种方式来响应GC事件。 而主动式中断的思想不是直接对线程操作，仅仅是简单设置一个标志，各个线程执行时主动去轮询这个标志，发现中断标志为真时就自己中断挂起。轮询标志的地方和安全点是重合的。

安全区域

有了安全点之后，也不能完美地解决GC的问题，但实际情况却不一定。当程序没有被分配cpu时间，典型的例子就是线程处于sleep或者blocked状态，这个时候线程无法响应JVM的中断请求，“走”到安全点挂起。对于这种情况，就需要安全区域来解决。

安全区域是指在一段代码片段之中，引用关系不会发生变化。在这个区域中的任意地方开始GC都是安全的，我们也可以把Safe Region看做是被扩展的Safepoint。

关于内存回收，如何进行是由JVM所采用的GC收集器决定的，而通常JVM中往往不止有一种GC收集器。下面看看HotSpot有哪些GC收集器！

垃圾收集器

下面是Sun HotSpot虚拟机1.6版本Update22包含的所有收集器。

Serial Collecor

Serial收集器是单线程收集器，是分代收集器。它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。

新生代：单线程复制收集算法；老年代：单线程标记整理算法。

Serial一般在单核的机器上使用，是Java 5非服务端JVM的默认收集器，参数-XX:UseSerialGC设置使用。

ParNew收集器

现在大部分的应用都是运行在多核的机器上，显然Serial收集器无法充分利用物理机的CPU资源，因此出现了Parallel收集器。Parallel收集器和Serial收集器的主要区别是新生代的收集，一个是单线程一个是多线程。

老年代的收集和Serial收集器是一样的。

Parallel收集器多在CPU的服务器上，是Java5 服务器端JVM的默认收集器。参数-XX:+UseParallelGC进行设置使用。

Parallel Scavenge收集器

一个新生代收集器，使用复制算法的收集器，又是并行（用户线程阻塞）的多线程收集器。目标是达到一个可控制的吞吐量。

Serial Old 收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样是单线程的。使用“标记-整理”算法。

Parallel Old收集器

Parallel old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法。这个收集器是在JDK1.6中才开始提供的。

CMS收集器

也称“low-latency collector”，为了解决老年代暂停时间过长的问题，并且真正实现并行收集（程序和GC并行执行）。是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的。

新生代：收集和Parallel Collector新生代收集方式一致。

老年代：GC和程序同时进行。

分为四个阶段：

• ①初始标记(initial mark):暂停一会，找出所有活着对象的初始集合。

• ②并行标记(concurrent marking)：根据初始集合，标记出所有的存活对象，由于程序在运行，一部分存活对象无法标出。此过程标记操作和程序同时执行。

• ③重新标记(remark):程序暂停一会，多线程进行重新标记所有在②中没有被标记的存活对象。

• ④并行清理concurrent sweep：回收所有被标记的垃圾区域。和程序同时进行。

由于此收集器在remark阶段重新访问对象，因此开销有所增加。

此收集器的不足是，老年代收集采用标记清除算法，因此会产生很多不连续的内存碎片。 此收集器一般多用于对程序暂停时间要求更短的程序上，多由于web应用（实时性要求高）。参数-XX:+UseConcMarkSweepGC设置使用它。

G1收集器

G1收集器是当今收集器技术发展的最前沿成果之一。G1是一款面向服务端应用的垃圾收集器。HotSpot开发团队赋予它的使命是在未来替换CMS。

它具有以下几个特点：

• 并行与并发：G1能充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势。
• 分代收集
• 空间整合：基于“标记-整理”算法实现的收集器。
• 可预测的停顿：这是G1相对于CMS的另一大优势。

关于G1可以具体查看深入理解g1垃圾收集器

理解GC日志

我们先看一段GC日志：

[GC [PSYoungGen: 8987K->1016K(9216K)] 9984K->5056K(19456K), 0.0569611 secs] [Times: user=0.03 sys=0.02, real=0.06 secs] 
[GC [PSYoungGen: 8038K->1000K(9216K)] 12078K->10425K(19456K), 0.0709523 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.07 secs] 
[Full GC [PSYoungGen: 1000K->0K(9216K)] [ParOldGen: 9425K->8418K(10240K)] 10425K->8418K(19456K) [PSPermGen: 9678K->9675K(21504K)], 0.3152834 secs] [Times: user=0.39 sys=0.00, real=0.32 secs] 
[Full GC [PSYoungGen: 8192K->3583K(9216K)] [ParOldGen: 8418K->9508K(10240K)] 16610K->13092K(19456K) [PSPermGen: 9675K->9675K(22016K)], 0.1913859 secs] [Times: user=0.34 sys=0.00, real=0.19 secs] 
[Full GC [PSYoungGen: 7716K->7702K(9216K)] [ParOldGen: 9508K->9508K(10240K)] 17224K->17210K(19456K) [PSPermGen: 9675K->9675K(21504K)], 0.2769775 secs] [Times: user=0.52 sys=0.00, real=0.28 secs] 
[Full GC [PSYoungGen: 7702K->7702K(9216K)] [ParOldGen: 9508K->9409K(10240K)] 17210K->17111K(19456K) [PSPermGen: 9675K->9675K(21504K)], 0.2491993 secs] [Times: user=0.64 sys=0.00, real=0.25 secs]

• “[GC”和“[full DC”说明了这次垃圾回收的停顿类型。如果是调用System.gc()方法所触发的收集，那么这里显示“[Full DC(System)”.
• [DefNew、[Tenured、[Perm 表示GC发生的区域。如果是ParNew收集器，新生代名为“[ParNew”.如果采用Parallel Scavenge收集器，那它配套的新生代名为"[PSYoungGen"。对于老年代和永久代同理。
• [PSYoungGen: 8987K->1016K(9216K)] 9984K->5056K(19456K), 0.0569611 secs]中后面的数字含义是：GC前该内存区域已使用容量->GC后Java堆已使用容量（Java堆总容量）。后面的时间是该区域GC所占用的时间，单位是秒。
• [Times: user=0.03 sys=0.02, real=0.06 secs] 这里的user、sys和real与Linux的time命令所输出的时间含义一，分别代表用户态消耗的CPU时间，内核态消耗的CPU时间和操作从开始到结束所经过的墙钟时间。

垃圾收集器参数总结

内存分配与回收策略

对象的内存分配，往大方向讲，就是在堆上分配（但也可能经过JIT编译后被拆散为标量类型并间接地栈上分配），对象主要分配在新生代的Eden区上，如果启动了本地线程分配缓冲，将按线程优先在TLAB上分配。少数情况下也可能会直接分配在老年代中，分配的规则并不是百分之百固定的，其细节取决于当前使用的是哪一种垃圾收集器组合，还有虚拟机中与内存相关的参数的设置。

接下来我们将会讲解几条最普遍的内存分配规则，并通过代码去验证这些规则。本节下面的代码在测试时使用Client模式虚拟机运行，没有手工指定收集器组合，换句话说，验证的是在使用Serial / Serial Old收集器下（ParNew / Serial Old收集器组合的规则也基本一致）的内存分配和回收的策略。读者不妨根据自己项目中使用的收集器写一些程序去验证一下使用其他几种收集器的内存分配策略。

对象优先在Eden分配

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

虚拟机提供了-XX:+PrintGCDetails这个收集器日志参数，告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志，并且在进程退出的时候输出当前的内存各区域分配情况。在实际应用中，内存回收日志一般是打印到文件后通过日志工具进行分析，不过本实验的日志并不多，直接阅读就能看得很清楚。

代码清单3-5的testAllocation()方法中，尝试分配3个2MB大小和1个4MB大小的对象，在运行时通过-Xms20M、 -Xmx20M、 -Xmn10M这3个参数限制了Java堆大小为20MB，不可扩展，其中10MB分配给新生代，剩下的10MB分配给老年代。-XX:SurvivorRatio=8决定了新生代中Eden区与一个Survivor区的空间比例是8∶1，从输出的结果也可以清晰地看到“eden space 8192K、from space 1024K、to space 1024K”的信息，新生代总可用空间为9216KB（Eden区+1个Survivor区的总容量）。

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6651KB变为148KB，而总内存占用量则几乎没有减少（因为allocation1、allocation2、allocation3三个对象都是存活的，虚拟机几乎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已经被占用了6MB，剩余空间已不足以分配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）。通过GC日志可以证实这一点。

注意：作者多次提到的Minor GC和Full GC有什么不一样吗？

• 新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多都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的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。

private static final int _1MB = 1024 * 1024;

/**
 * VM参数：-verbose:gc -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
 }

运行结果：

[GC [DefNew: 6651K->148K(9216K), 0.0070106 secs] 6651K->6292K(19456K), 0.0070426 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
 def new generation   total 9216K, used 4326K [0x029d0000, 0x033d0000, 0x033d0000)
  eden space 8192K,  51% used [0x029d0000, 0x02de4828, 0x031d0000)
  from space 1024K,  14% used [0x032d0000, 0x032f5370, 0x033d0000)
  to   space 1024K,   0% used [0x031d0000, 0x031d0000, 0x032d0000)
 tenured generation   total 10240K, used 6144K [0x033d0000, 0x03dd0000, 0x03dd0000)
   the space 10240K,  60% used [0x033d0000, 0x039d0030, 0x039d0200, 0x03dd0000)
 compacting perm gen  total 12288K, used 2114K [0x03dd0000, 0x049d0000, 0x07dd0000)
   the space 12288K,  17% used [0x03dd0000, 0x03fe0998, 0x03fe0a00, 0x049d0000)
No shared spaces configured.

大对象直接进入老年代

所谓的大对象是指，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（笔者列出的例子中的byte[]数组就是典型的大对象）。大对象对虚拟机的内存分配来说就是一个坏消息（替Java虚拟机抱怨一句，比遇到一个大对象更加坏的消息就是遇到一群“朝生夕灭”的“短命大对象”，写程序的时候应当避免），经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就提前触发垃圾收集以获取足够的连续空间来“安置”它们。

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）。

执行代码清单3-6中的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。

注意　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。

private static final int _1MB = 1024 * 1024;

/**
 * VM参数：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8
 * -XX:PretenureSizeThreshold=3145728
 */
public static void testPretenureSizeThreshold() {
  byte[] allocation;
  allocation = new byte[4 * _1MB];  //直接分配在老年代中
}

运行结果：

Heap
 def new generation   total 9216K, used 671K [0x029d0000, 0x033d0000, 0x033d0000)
  eden space 8192K,   8% used [0x029d0000, 0x02a77e98, 0x031d0000)
  from space 1024K,   0% used [0x031d0000, 0x031d0000, 0x032d0000)
  to   space 1024K,   0% used [0x032d0000, 0x032d0000, 0x033d0000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x033d0000, 0x03dd0000, 0x03dd0000)
   the space 10240K,  40% used [0x033d0000, 0x037d0010, 0x037d0200, 0x03dd0000)
 compacting perm gen  total 12288K, used 2107K [0x03dd0000, 0x049d0000, 0x07dd0000)
   the space 12288K,  17% used [0x03dd0000, 0x03fdefd0, 0x03fdf000, 0x049d0000)
No shared spaces configured.

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。

读者可以试试分别以-XX:MaxTenuringThreshold=1和-XX:MaxTenuringThreshold=15两种设置来执行代码清单3-7中的testTenuringThreshold()方法，此方法中的allocation1对象需要256KB内存，Survivor空间可以容纳。当MaxTenuringThreshold=1时，allocation1对象在第二次GC发生时进入老年代，新生代已使用的内存GC后非常干净地变成0KB。而MaxTenuringThreshold=15时，第二次GC发生后，allocation1对象则还留在新生代Survivor空间，这时新生代仍然有404KB被占用。

private static final int _1MB = 1024 * 1024;

/**
 * VM参数：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=1
 * -XX:+PrintTenuringDistribution
 */
@SuppressWarnings("unused")
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];
}

以MaxTenuringThreshold=1参数来运行的结果：

[GC [DefNew
Desired Survivor size 524288 bytes, new threshold 1 (max 1)
- age   1:     414664 bytes,     414664 total
: 4859K->404K(9216K), 0.0065012 secs] 4859K->4500K(19456K), 0.0065283 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
[GC [DefNew
Desired Survivor size 524288 bytes, new threshold 1 (max 1)
: 4500K->0K(9216K), 0.0009253 secs] 8596K->4500K(19456K), 0.0009458 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
 def new generation   total 9216K, used 4178K [0x029d0000, 0x033d0000, 0x033d0000)
  eden space 8192K,  51% used [0x029d0000, 0x02de4828, 0x031d0000)
  from space 1024K,   0% used [0x031d0000, 0x031d0000, 0x032d0000)
  to   space 1024K,   0% used [0x032d0000, 0x032d0000, 0x033d0000)
 tenured generation   total 10240K, used 4500K [0x033d0000, 0x03dd0000, 0x03dd0000)
   the space 10240K,  43% used [0x033d0000, 0x03835348, 0x03835400, 0x03dd0000)
 compacting perm gen  total 12288K, used 2114K [0x03dd0000, 0x049d0000, 0x07dd0000)
   the space 12288K,  17% used [0x03dd0000, 0x03fe0998, 0x03fe0a00, 0x049d0000)
No shared spaces configured.

以MaxTenuringThreshold=15参数来运行的结果：

[GC [DefNew
Desired Survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   1:     414664 bytes,     414664 total
: 4859K->404K(9216K), 0.0049637 secs] 4859K->4500K(19456K), 0.0049932 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[GC [DefNew
Desired Survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   2:     414520 bytes,     414520 total
: 4500K->404K(9216K), 0.0008091 secs] 8596K->4500K(19456K), 0.0008305 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
 def new generation   total 9216K, used 4582K [0x029d0000, 0x033d0000, 0x033d0000)
  eden space 8192K,  51% used [0x029d0000, 0x02de4828, 0x031d0000)
  from space 1024K,  39% used [0x031d0000, 0x03235338, 0x032d0000)
  to   space 1024K,   0% used [0x032d0000, 0x032d0000, 0x033d0000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x033d0000, 0x03dd0000, 0x03dd0000)
   the space 10240K,  40% used [0x033d0000, 0x037d0010, 0x037d0200, 0x03dd0000)
 compacting perm gen  total 12288K, used 2114K [0x03dd0000, 0x049d0000, 0x07dd0000)
   the space 12288K,  17% used [0x03dd0000, 0x03fe0998, 0x03fe0a00, 0x049d0000)
No shared spaces configured.

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了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的总和大于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。

执行代码清单3-8中的testTenuringThreshold2()方法，并设置-XX:MaxTenuringThreshold=15，会发现运行结果中Survivor的空间占用仍然为0%，而老年代比预期增加了6%，也就是说，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。因为这两个对象加起来已经到达了512KB，并且它们是同年的，满足同年对象达到Survivor空间的一半规则。我们只要注释掉其中一个对象new操作，就会发现另外一个就不会晋升到老年代中去了。

private static final int _1MB = 1024 * 1024;

/**
 * VM参数：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=15
 * -XX:+PrintTenuringDistribution
 */
@SuppressWarnings("unused")
public static void testTenuringThreshold2() {
  byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
  allocation1 = new byte[_1MB / 4];
    // allocation1+allocation2大于survivo空间一半
  allocation2 = new byte[_1MB / 4]; 
  allocation3 = new byte[4 * _1MB];
  allocation4 = new byte[4 * _1MB];
  allocation4 = null;
  allocation4 = new byte[4 * _1MB];
}

运行结果：

[GC [DefNew
Desired Survivor size 524288 bytes, new threshold 1 (max 15)
- age   1:     676824 bytes,     676824 total
: 5115K->660K(9216K), 0.0050136 secs] 5115K->4756K(19456K), 0.0050443 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.01 secs]
[GC [DefNew
Desired Survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
: 4756K->0K(9216K), 0.0010571 secs] 8852K->4756K(19456K), 0.0011009 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
 def new generation   total 9216K, used 4178K [0x029d0000, 0x033d0000, 0x033d0000)
  eden space 8192K,  51% used [0x029d0000, 0x02de4828, 0x031d0000)
  from space 1024K,   0% used [0x031d0000, 0x031d0000, 0x032d0000)
  to   space 1024K,   0% used [0x032d0000, 0x032d0000, 0x033d0000)
 tenured generation   total 10240K, used 4756K [0x033d0000, 0x03dd0000, 0x03dd0000)
   the space 10240K,  46% used [0x033d0000, 0x038753e8, 0x03875400, 0x03dd0000)
 compacting perm gen  total 12288K, used 2114K [0x03dd0000, 0x049d0000, 0x07dd0000)
   the space 12288K,  17% used [0x03dd0000, 0x03fe09a0, 0x03fe0a00, 0x049d0000)
No shared spaces configured.

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。

下面解释一下“冒险”是冒了什么风险，前面提到过，新生代使用复制收集算法，但为了内存利用率，只使用其中一个Survivor空间来作为轮换备份，因此当出现大量对象在Minor GC后仍然存活的情况（最极端的情况就是内存回收后新生代中所有对象都存活），就需要老年代进行分配担保，把Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。与生活中的贷款担保类似，老年代要进行这样的担保，前提是老年代本身还有容纳这些对象的剩余空间，一共有多少对象会活下来在实际完成内存回收之前是无法明确知道的，所以只好取之前每一次回收晋升到老年代对象容量的平均大小值作为经验值，与老年代的剩余空间进行比较，决定是否进行Full GC来让老年代腾出更多空间。

取平均值进行比较其实仍然是一种动态概率的手段，也就是说，如果某次Minor GC存活后的对象突增，远远高于平均值的话，依然会导致担保失败（Handle Promotion Failure）。如果出现了HandlePromotionFailure失败，那就只好在失败后重新发起一次Full GC。虽然担保失败时绕的圈子是最大的，但大部分情况下都还是会将HandlePromotionFailure开关打开，避免Full GC过于频繁，参见代码清单3-9，请读者在JDK 6 Update 24之前的版本中运行测试。

代码和结果，点这里

参考

《深入理解Java虚拟机》读书笔记

最简单例子图解JVM内存分配和回收