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Java对象的GC回收年龄的研究

news 来源：原创 2025/6/24 1:04:18

目录

1、介绍

2、内存结构

2.1、普通对象

2.2、数组对象

2.3、数组长度作用

2.4、为什么 age 用 4 位？

3、对象头组成

3.1、Mark Word（标记字段）

3.2、Class Pointer（类指针）

4、GC 发生的位置

4.1、新生代

4.2、老年代

4.3、元空间（Metaspace，Java 8+）

5、对象晋升

5.1、15 次 Minor GC

5.2、动态年龄判定

5.3、Survivor区存活时间

5.4、修改晋升年龄阈值

6、更长的存活的方案

6.1、扩大 Survivor 区大小

6.2、G1 垃圾回收器

前言

        在 Java 中，GC 年龄（GC Age 或 Tenuring Threshold） 是用于衡量对象在 年轻代（Young Generation） 中经历垃圾回收（GC）次数的指标。GC 年龄决定了对象何时从年轻代晋升到老年代（Old Generation），是 Java 垃圾回收机制中重要的优化策略之一。

不同垃圾回收器的处理方式如下：

1、Serial/Parallel Scavenge：

            使用经典的 复制算法，对象在 Survivor 区之间来回复制，GC 年龄逐步增加。晋升到老年代的逻辑与上述规则一致。

    2、G1（Garbage-First）：

    1.分区机制：

            年轻代划分为多个 Region，对象晋升到老年代的 Region。

    2.年龄表（Age Table）：

            G1 维护每个 Region 的年龄表，记录对象的存活情况和 GC 年龄分布。

    3.动态调整晋升阈值：

            G1 会根据 Region 的填充情况动态调整晋升策略，优化吞吐量和延迟。

    3、CMS：

            与 Serial/Parallel 类似，但 CMS 更关注减少 Full GC 的停顿时间，晋升策略会更保守。

    1、介绍

    关于java对象，存放在jvm的堆内存里面，在jdk1.8版本后，如下图所示：

            通过合理配置和监控 GC 年龄，可以显著提升 Java 应用的性能和稳定性。

    2、内存结构

    如下图所示：

    2.1、普通对象

    • 对象头：
      • Mark Word（64 位）
      • Class Pointer（64 位，或 32 位，若启用指针压缩）
    • 实例数据：
      • 存储对象的字段值（如 int、String 等）
    • 对齐填充：
      • 补齐到 8 字节边界

    2.2、数组对象

    • 对象头：
      • Mark Word（64 位）
      • Class Pointer（64 位，或 32 位，若启用指针压缩）
      • Array Length（32 位，固定 4 字节）
    • 实例数据：
      • 存储数组元素（如 int[10] 会存储 10 个 int）
    • 对齐填充：
      • 补齐到 8 字节边界

    区别：

    2.3、数组长度作用

    1.数组的元数据：

            数组需要知道自己的长度（元素个数），而普通对象的字段数量和类型由类定义决定，不需要在对象头中存储。

    2.内存管理：

            数组的元素是连续存储的，JVM 需要通过长度字段快速访问元素（如 array[index]）。

    2.4、为什么 age 用 4 位？

    如下图所示：

    1. 4 位二进制数的限制

    • age 字段在 Mark Word 中仅占 4 位，因此最大可表示的值为2^4−1=15。
    • 当对象在 Survivor 区中经历 15 次 Minor GC 后，其 age 达到 15，会被晋升到老年代。

    2. 设计权衡

    • 节省空间：Mark Word 的总大小是固定的（64 位或 32 位），每个字段的位数需要精打细算。age 只用 4 位，避免浪费。
    • 满足需求：大多数应用场景中，对象的存活周期不会超过 15 次 Minor GC。如果超过，直接晋升到老年代即可。
    • 兼容性：若 age 需要更多位（如 5 位），则需重新设计 Mark Word 的布局，可能影响其他字段（如哈希码、锁状态）的存储。

    3、对象头组成

     关于mark word的数据结构可参考：对于Synchronized和Volatile的深入理解-CSDN博客

    Mark Word 的结构如下所示（以 64 位 JVM 为例）：

    锁标志位可分为：

    • 00：轻量级锁

    • 01：无锁/偏向锁

    • 10：重量级锁

    • 11：GC标记

    对象头（Object Header）是对象在内存中的元数据区域，通常由两部分组成：

    1. Mark Word：存储对象的运行时数据，如哈希码、锁状态、GC 分代年龄（age）等。
    2. Class Pointer：指向对象所属类的元数据（如 java.lang.Class）。

    3.1、Mark Word（标记字段）

     关于mark word可以参考：对于Synchronized和Volatile的深入理解-CSDN博客

    • 作用：存储对象的运行时数据，例如：
      • 哈希码（Hash Code）
      • 锁状态（无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁）
      • GC 分代年龄（age）
      • 偏向线程 ID
      • 同步锁信息
    • 大小：
      • 32 位 JVM：32 位
      • 64 位 JVM：64 位（可启用压缩指针优化为 32 位）

    3.2、Class Pointer（类指针）

    • 作用：指向对象所属类的元数据（即 java.lang.Class 对象），用于访问类的静态信息（如方法、字段等）。
    • 大小：
      • 32 位 JVM：32 位
      • 64 位 JVM：64 位（可启用压缩指针优化为 32 位）

    4、GC 发生的位置

    在 JVM 中，内存被划分为不同的区域，不同区域的 GC 行为和触发条件不同：

    如下图所示：

    4.1、新生代

    • 组成：Eden 区 + 两个 Survivor 区（From 和 To）。
    • GC 类型：Minor GC（年轻代 GC）。
    • 触发条件：
      • 当 Eden 区分配对象时，空间不足。
      • 新生代中的对象存活时间较短，Minor GC 频繁发生。

    4.2、老年代

    • 组成：存放长期存活的对象。
    • GC 类型：Major GC / Full GC。
    • 触发条件：
      • 老年代空间不足。
      • Minor GC 后对象无法放入 Survivor 区，需要晋升到老年代，但老年代空间不足。
      • 元空间（Metaspace）不足（在 Java 8+ 中）。
      • 显式调用 System.gc()。

    4.3、元空间（Metaspace，Java 8+）

    • 作用：存储类的元数据（如类定义、方法信息等）。
    • GC 类型：Full GC（当元空间不足时）。

    5、对象晋升

    而对于<jdk1.8：还有持久代。对于>=jdk1.8: metaspace。

    如下图所示：堆结构在分配内存空间的时候：老年代占比2/3，新生代1/3。

    而新生代里面eden和from、to区的内存占比分别为8:1:1。

            关于 GC（垃圾回收）发生的位置 以及 “15次”的含义，可以从 JVM 的内存结构和 GC 策略两个角度来解释。

    5.1、15 次 Minor GC

              Minor GC 仅发生在 年轻代（Young Generation），即 Eden 区 + Survivor 区（From + To）。

            15次 Minor GC 是对象在 Survivor 区 中存活的次数，不包括老年代的 Full GC。

    1. 对象晋升规则

    • 对象在 Eden 区分配后，经历 Minor GC：
      • 如果存活，则被复制到 Survivor 区。
      • 每次 Minor GC 后，对象的 age 加 1。
      • 当 age 达到 MaxTenuringThreshold（默认 15）时，对象晋升到老年代。

            Survivor1 和 Survivor2 区域之间的对象迁移是通过“标记-复制”算法实现的。

    2. 4 位二进制数的硬性限制

    • age 最大只能是 15，因此 15 次 Minor GC 是 JVM 的硬性设计限制。
    • 如果需要更大的 age，必须扩展 Mark Word 的位数，但会牺牲其他字段的空间。

    5.2、动态年龄判定

    触发条件：

            如果某个年龄段的对象总大小超过 Survivor 区的 50%，即使未达到最大年龄阈值，也会被直接晋升到老年代。

    例如：如果年龄为 3 的对象总大小超过 Survivor 区的 50%，则所有年龄 >=3 的对象都会晋升。

    5.3、Survivor区存活时间

    • 存活时间：对象在 Survivor 区的存活时间取决于其 年龄增长速度 和 晋升条件。

    1.最短时间：

            如果对象在第一次 Minor GC 后就晋升到老年代（如动态年龄判定触发），则仅存活 1 次 Minor GC。

    2.最长时间：

            如果对象一直存活到年龄达到 MaxTenuringThreshold，则最多存活 MaxTenuringThreshold 次 Minor GC。

            默认情况下，最多存活 15 次 Minor GC。

    5.4、修改晋升年龄阈值

    可以通过 JVM 参数调整对象晋升的年龄阈值：

    -XX:MaxTenuringThreshold=15
    • 如果尝试设置 MaxTenuringThreshold=20，JVM 会将其 自动调整为 15，并可能输出警告或忽略该设置。
    • 示例 JVM 输出：
    [Warning] MaxTenuringThreshold is set to 20, but it will be adjusted to 15 due to 4-bit limit.

    6、更长的存活的方案

            JVM 会根据 Survivor 区的使用情况动态调整晋升阈值：

    如果 Survivor 区使用率低，JVM 会适当提高阈值，让对象多经历几次 Minor GC 再晋升。

    如果 Survivor 区使用率高，JVM 会降低阈值，让对象提前晋升到老年代。

    可以通过以下方式间接实现：

    6.1、扩大 Survivor 区大小

    • 参数：-XX:SurvivorRatio=N
      • 默认值为 8，表示 Eden 区与 Survivor 区的比例为 8:1:1。
      • 例如，-XX:SurvivorRatio=4 会分配更大的 Survivor 区，容纳更多存活对象，从而减少晋升频率。

    6.2、G1 垃圾回收器

            G1（Garbage-First） 不依赖固定大小的 Survivor 区，而是通过分区（Region）管理内存，对对象晋升的控制更灵活。

              可以通过 -XX:G1MixedGCCountTarget 等参数优化晋升策略。

              G1通过统计每个Region的垃圾密度（Garbage Fraction），预测回收收益。存活时间长的对象所在的Region若垃圾密度低，回收优先级较低，从而减少不必要的回收操作。

              G1在Full GC前会优先回收老年代中垃圾比例高的Region（Garbage-First策略）。

      总结：

      总结

      通过这种设计，JVM 在对象头空间有限的情况下，平衡了性能、内存效率和功能需求。

      参考文章：

      1、对于Synchronized和Volatile的深入理解-CSDN博客

      2、关于对JVM的知识整理_谈谈你对jvm的理解-CSDN博客

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      编程日记 2025/6/22 19:38:31

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      目录 4.5 pandas 高级数据处理与分析 一、课程目标 二、对数据表格进行处理 （一）行列转置 （二）将数据表转换为树形结构 三、数据表的拼接 （一）merge () 函数的运用 （二）concat () 函数的运用 （三）append () 函数的运用 四、对数据表格的同级运算 五、计算数据表格中数…...

      编程日记 2025/6/21 23:16:11

      轻量级Web画板Paint Board如何本地部署与随时随地在线绘画分享

      文章目录 前言1.关于Paint Board2.本地部署paint-board3.使用Paint Board4.cpolar内网穿透工具安装5.创建远程连接公网地址6.固定Paint Board公网地址 前言 今天我要给大家介绍一款超级轻便、好玩到飞起的Web画板Paint Board&#xff01;这可是创意人手中的秘密武器。无论是刚…...

      编程日记 2025/6/22 0:07:39

      攻击溯源技术体系：从理论架构到工程化实践的深度剖析

      一、攻击溯源的理论基石与模型构建 1.1 形式化理论框架 攻击溯源本质上是基于离散数学与图论的演绎推理过程。通过构建攻击事件有向图&#xff08;AEDG, Attack Event Directed Graph&#xff09;&#xff0c;将网络空间中的每个事件抽象为节点&#xff0c;事件间的因果关系…...

      编程日记 2025/6/3 5:32:24

      fpga系列 HDL : Microchip FPGA开发软件 Libero Soc 安装 license申请

      启动 注册账号&#xff1a;https://login.microchip.com/申请免费许可&#xff1a;https://www.microchipdirect.com/fpga-software-products C:\Windows\System32>vol驱动器 C 中的卷是 Windows卷的序列号是 ****-****为“D:\Microsemi\License.dat”创建环境变量“LM_LICE…...

      编程日记 2025/6/2 17:14:19

      海康立体相机3DMVS软件使用不同工作模式介绍

      文章目录 1. Sensor Calibration&#xff08;传感器标定模式&#xff09;2. Depth&#xff08;深度模式&#xff09;3. RGB-D&#xff08;彩色深度融合模式&#xff09;4. Depalletizing&#xff08;拆垛模式&#xff09;5. Debug&#xff08;调试模式&#xff09;6. Point Clo…...

      编程日记 2025/6/23 12:47:52

      深度学习、机器学习及强化学习的联系与区别

      联系 深度学习与机器学习 &#xff1a;深度学习是机器学习的一个分支。机器学习涵盖众多方法&#xff0c;如决策树、支持向量机等&#xff0c;而深度学习基于神经网络构建多层结构来学习数据特征。深度学习利用反向传播算法和梯度下降等优化方法来训练神经网络模型&#xff0c;…...

      编程日记 2025/6/2 14:55:43

      75.xilinx复数乘法器IP核调试

      &#xff08;83*j&#xff09;*(57j) 935j 正确的是 1971j 分析出现的原因&#xff1a;&#xff08;abj&#xff09;* (cdj) (ac-bd)j(adbc) 其中a,b,c,d都是16bit的有符号数&#xff0c;乘积的结果为保证不溢出需要32bit存储&#xff0c;最终的复数乘法结果是两个32b…...

      编程日记 2025/6/23 19:34:35

      【笔记】CosyVoice 模型下载小记：简单易懂的两种方法对比

      #工作记录 笔记标签&#xff1a;#CosyVoice 模型 #模型下载 #ModelScope #Git LFS #语音合成开发 一、强烈推荐&#xff1a;用 ModelScope SDK 下载&#xff08;简单又靠谱&#xff09; 1.1 好处多多 不容易出错&#xff1a;能自动把模型需要的所有东西都下载好&#xff0c…...

      编程日记 2025/6/2 10:37:50

      本地部署 私有云网盘 Nextcloud 并实现外部访问

      Nextcloud 是一款开源免费的私有云盘系统&#xff0c;可以快速地搭建一套属于自己的云同步网盘&#xff0c;从而实现跨设备的文件同步、文件共享、以及团队协作等功能。Nextcloud 功能强大且完全开源&#xff0c;拥有庞大的开源社区支持。 本文将详细的介绍如何利用 Docker 在…...

      编程日记 2025/6/23 17:46:03

      黑马程序员C++2024版笔记 第0章 C++入门

      1.C代码的基础结构 以hello_world代码为例&#xff1a; 预处理指令 #include<iostream> using namespace std; 代码前2行是预处理指令&#xff0c;即代码编译前的准备工作。&#xff08;编译是将源代码转化为可执行程序.exe文件的过程&#xff09; 主函数 主函数是…...

      编程日记 2025/6/20 10:23:24

      D3485：一款高性能RS-485收发器解析

      D3485是一款5V供电、半双工RS-485收发器&#xff0c;广泛应用于智能电表、工业控制和安防监控等领域。它内部包含一路驱动器和一路接收器&#xff0c;采用限摆率驱动器设计&#xff0c;能有效减少电磁干扰&#xff08;EMI&#xff09;和反射&#xff0c;支持高达10Mbps的无差错…...

      编程日记 2025/6/20 1:40:54

      std::deque和std::vector对比

      std::deque和std::vector都是 C标准库中非常重要的容器&#xff0c;但它们的设计目标和优化方向不同&#xff0c;因此各有适用场景。std::deque并没有取代std::vector&#xff0c;原因主要在于以下几个方面&#xff1a; 1.性能特点不同 1.1std::vector的优势 • 连续存储&am…...

      编程日记 2025/6/23 20:52:42

      【蓝桥杯省赛真题49】python偶数 第十五届蓝桥杯青少组Python编程省赛真题解析

      python偶数 第十五届蓝桥杯青少组python比赛省赛真题详细解析 博主推荐 所有考级比赛学习相关资料合集【推荐收藏】1、Python比赛 信息素养大赛Python编程挑战赛 蓝桥杯python选拔赛真题详解...

      编程日记 2025/5/28 10:35:08

      15分钟决胜项目管理：碎片时间的高效拆解术

      作为项目经理&#xff0c;你是否经常觉得一天像打仗&#xff1f;会议连轴转、消息轰炸、计划赶不上变化……时间总是不够用。但真相是&#xff1a;高效的人并不是时间更多&#xff0c;而是更会“切分时间”。试试“15分钟法则”——每天用几段碎片时间&#xff0c;就能让工作从…...

      编程日记 2025/6/21 17:43:29

      计算机网络：什么是电磁波以及有什么危害？

      电磁波详解 电磁波（Electromagnetic Wave）是由电场和磁场相互激发、在空间中传播的能量形式。它既是现代通信的基石（如手机、Wi-Fi、卫星信号），也是自然界中光、热辐射等现象的本质。以下从定义、产生、特性、分类及应用全面解析： 一、电磁波的本质 1. 核心定义 电场与…...

      编程日记 2025/6/20 5:30:05

      Docker部署单节点Elasticsearch

      1.Docker部署单节点ES 1.前置条件 配置内核参数 echo "vm.max_map_count262144" >> /etc/sysctl.conf sysctl -w vm.max_map_count262144准备密码 本文所有涉及密码的配置&#xff0c;均使用通用密码 Zzwl2024。 生产环境&#xff0c;请用密码生成器生成20…...

      编程日记 2025/6/19 19:51:15

      Docker构建Nginx、PHP、MySQL及WordPress部署及解释

      目录 一、构建Nginx 二、构建PHP 三、构建MySQL 四、启动容器 五、测试 六、部署网站 一、构建Nginx 创建目录并进入目录 bash 复制 mkdir /opt/nginx cd /opt/nginx mkdir /opt/nginx&#xff1a;在 /opt 目录下创建一个名为 nginx 的目录。 cd /opt/nginx&#x…...

      编程日记 2025/6/22 1:04:28