JVM 新生代为何需要两个 Survivor 空间？

旧城等待， 2023-11-05 06:21 107阅读 0赞

我们知道，目前主流的虚拟机实现都采用了分代收集的思想，把整个堆区划分为新生代和老年代；新生代又被划分成 Eden 空间、 From Survivor 和 To Survivor 三块区域。  
  
看书的时候有个疑问，为什么非得是两个 Survivor 空间呢？要回答这个问题，其实等价于：为什么不是0个或1个 Survivor 空间？为什么2个 Survivor 空间可以达到要求？

如果没有Survivor，Eden区每进行一次Minor GC，存活的对象就会被送到老年代。老年代很快被填满，触发Major GC（因为Major GC一般伴随着Minor GC，也可以看做触发了Full GC）。老年代的内存空间远大于新生代，进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。你也许会问，执行时间长有什么坏处？频发的Full GC消耗的时间是非常可观的，这一点会影响大型程序的执行和响应速度，更不要说某些连接会因为超时发生连接错误了。

好，那我们来想想在没有Survivor的情况下，有没有什么解决办法，可以避免上述情况：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方案</th> 
   <th>优点</th> 
   <th>缺点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>增加老年代空间</td> 
   <td>更多存活对象才能填满老年代。降低Full GC频率</td> 
   <td>随着老年代空间加大，一旦发生Full GC，执行所需要的时间更长</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>减少老年代空间</td> 
   <td>Full GC所需时间减少</td> 
   <td>老年代很快被存活对象填满，Full GC频率增加</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[显而易见][Link 1]，没有Survivor的话，上述两种解决方案都不能从根本上解决问题。

我们可以得到第一条结论：**Survivor的存在意义，就是减少被送到老年代的对象，进而减少Full GC的发生，Survivor的预筛选保证，只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代。**

为什么不是0个 Survivor 空间？  
  
这个问题等价于：为什么需要 Survivor 空间。我们看看如果没有 Survivor 空间的话，垃圾收集将会怎样进行：一遍新生代 gc 过后，不管三七二十一，活着的对象全部进入老年代，即便它在接下来的几次 gc 过程中极有可能被回收掉。这样的话老年代很快被填满， Full GC 的频率大大增加。我们知道，老年代一般都会被规划成比新生代大很多，对它进行垃圾收集会消耗比较长的时间；如果收集的频率又很快的话，那就更糟糕了。基于这种考虑，虚拟机引进了“幸存区”的概念：如果对象在某次新生代 gc 之后任然存活，让它暂时进入幸存区；以后每熬过一次 gc ，让对象的年龄＋1，直到其年龄达到某个设定的值（比如15岁）， JVM 认为它很有可能是个“老不死的”对象，再呆在幸存区没有必要（而且老是在两个幸存区之间反复地复制也需要消耗资源），才会把它转移到老年代。  
  
总之，设置 Survivor 空间的目的是让那些中等寿命的对象尽量在 Minor GC 时被干掉，最终在总体上减少虚拟机的垃圾收集过程对用户程序的影响。  
  
为什么不是1个 Survivor 空间？  
  
回答这个问题有一个前提，就是新生代一般都采用复制算法进行垃圾收集。原始的复制算法是把一块内存一分为二， gc 时把存活的对象从一块空间（From space）复制到另外一块空间（To space），再把原先的那块内存（From space）清理干净，最后调换 From space 和 To space 的逻辑角色（这样下一次 gc 的时候还可以按这样的方式进行）。  
  
我们知道，在 HotSpot 虚拟机里， Eden 空间和 Survivor 空间默认的比例是 8:1 。我们来看看在只有一个 Survivor 空间的情况下，这个 8:1 会有什么问题。此处为了方便说明，我们假设新生代一共为 9 MB 。对象优先在 Eden 区分配，当 Eden 空间满 8 MB 时，触发第一次 Minor GC 。比如说有 0.5 MB 的对象存活，那这 0.5 MB 的对象将由 Eden 区向 Survivor 区复制。这次 Minor GC 过后， Eden 区被清理干净， Survivor 区被占用了 0.5 MB ，还剩 0.5 MB 。到这里一切都很美好，但问题马上就来了：从现在开始所有对象将会在这剩下的 0.5 MB 的空间上被分配，很快就会发现空间不足，于是只好触发下一次 Minor GC 。可以看出在这种情况下，当 Survivor 空间作为对象“出生地”的时候，很容易触发 Minor GC ，这种 8:1 的不对称分配不但没能在总体上降低 Minor GC 的频率，还会把 gc 的时间间隔搞得很不平均。把 Eden : Survivor 设成 1 : 1 也一样，每当对象总大小满 5 MB 的时候都必须触发一次 Minor GC ，唯一的变化是 gc 的时间间隔相对平均了。  
  
上面的论述都是以“新生代使用复制算法”这个既定事实作为前提来讨论的。如果不是这样，比如说新生代采用“标记-清除”或者“标记-整理”算法来实现幸存对象的移动，好像确实是只需要一个 Survivor 就够了。至于主流的虚拟机实现为什么不考虑采用这种方式，我也不是很清楚，或许有实现难度、内存碎片或者执行效率方面的考虑吧。  
  
为什么2个 Survivor 空间可以达到要求？  
  
问题很清楚了，无论 Eden 和 Survivor 的比例怎么设置，在只有一个 Survivor 的情况下，总体上看在新生代空间满一半的时候就会触发一次 Minor GC 。那有没有提升的空间呢？比如说永远在新生代空间满 80% 的时候才触发 Minor GC ？  
  
事实上是可以做到的：我们可以设两个 Survivor 空间（ From Survivor 和 To Survivor ）。比如，我们把 Eden : From Survivor : To Survivor 空间大小设成 8 : 1 : 1 ，对象总是在 Eden 区出生， From Survivor 保存当前的幸存对象， To Survivor 为空。一次 gc 发生后：  
1）Eden 区活着的对象 ＋ From Survivor 存储的对象被复制到 To Survivor ；  
2) 清空 Eden 和 From Survivor ；  
3) 颠倒 From Survivor 和 To Survivor 的逻辑关系： From 变 To ， To 变 From 。  
  
可以看出，只有在 Eden 空间快满的时候才会触发 Minor GC 。而 Eden 空间占新生代的绝大部分，所以 Minor GC 的频率得以降低。当然，使用两个 Survivor 这种方式我们也付出了一定的代价，如 10% 的空间浪费、复制对象的开销等。

[Link 1]: https://www.baidu.com/s?wd=%E6%98%BE%E8%80%8C%E6%98%93%E8%A7%81&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd