Java 对象的内存分配机制详解

在 Java 中，对象的内存分配是一个复杂但非常重要的过程。理解对象在堆中的分配方式，尤其是新生代和老年代的区别，对于优化 Java 应用程序的性能至关重要。本文将详细探讨 Java 对象在堆中的分配机制，包括新生代、老年代、Survivor 区等概念，以及大对象、长期存活对象的处理方式。

1 对象优先在 Eden 区分配

Java 堆内存分为新生代和老年代。新生代主要用于存放生命周期较短的对象，而老年代则用于存放生命周期较长的对象。新生代又进一步细分为 Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区。

当我们创建一个新对象时，它首先会被分配到 Eden 区。随着对象的不断创建，Eden 区的内存空间逐渐减少。当 Eden 区的内存不足时，会触发 Minor GC（年轻代垃圾回收）。在 Minor GC 过程中，JVM 会清理 Eden 区中不再使用的对象，并将存活的对象转移到 From Survivor 区。

2 Survivor 区的对象复制

Minor GC 后，新创建的对象仍然会继续分配到 Eden 区。随着 Eden 区的内存再次减少，又会触发下一次 Minor GC。这次，JVM 不仅会清理 Eden 区，还会清理 From Survivor 区。存活的对象会被转移到 To Survivor 区。在下一次 Minor GC 时，存活的对象又会从 To Survivor 区转移回 From Survivor 区。这样，Survivor 区总是有一个是空的，另一个是无碎片的。

3 大对象直接进入老年代

对于一些特别大的对象，如果让它们在 Survivor 区之间频繁复制，会带来较大的性能开销。因此，JVM 会将这些大对象直接分配到老年代，以避免不必要的复制操作。

可以通过 -XX:PretenureSizeThreshold 参数来设置大对象的阈值。例如，如果希望将大于 1MB 的对象直接分配到老年代，可以设置：

-XX:PretenureSizeThreshold=1048576

4 长期存活的对象进入老年代

对象在 Survivor 区之间每经历一次 Minor GC，它的年龄就会增加。当对象的年龄达到一定阈值（默认是 15 岁），它就会被晋升到老年代。可以通过 -XX:MaxTenuringThreshold 参数来调整这个阈值。

此外，JVM 还会通过动态年龄判断来决定是否将对象晋升到老年代。JVM 会检查每个年龄段的对象大小，并估算它们在 Survivor 区中所占的总体积。如果某个年龄段及以上的对象占据了 Survivor 区的大部分空间，这些对象将被直接晋升到老年代。

5 空间分配担保

在进行 Minor GC 之前，JVM 会检查老年代是否有足够的连续空间来存放新生代中所有存活的对象。如果老年代的空间不足，JVM 会根据 HandlePromotionFailure 参数的设置来决定是否进行 Full GC。

如果 HandlePromotionFailure 设置为 true（默认值），JVM 会尝试继续 Minor GC，即使老年代空间不足。如果 Minor GC 后，Survivor 区无法存放所有存活对象，JVM 会将这些对象直接放入老年代。如果老年代仍然无法容纳这些对象，则会触发 Full GC。

6 栈和方法区

虽然 Java 中的对象主要分配在堆中，但对象的引用通常存放在栈中。例如，当你声明一个变量 MyClass obj = new MyClass(); 时，变量 obj（即对象的引用）存储在栈上，而实际的对象则存储在堆中。

方法区用于存储类信息、常量、静态变量以及即时编译器编译后的代码。在 Java 8 中，永久代被元空间（Metaspace）取代，元空间使用本地内存而非 JVM 内存。

7 总结

• Eden 区：新创建的对象优先分配在 Eden 区。
• Survivor 区：存活的对象在 Survivor 区之间复制，直到达到一定年龄。
• 老年代：大对象和长期存活的对象最终会进入老年代。
• 动态年龄判断：根据对象的大小和年龄，JVM 会动态决定是否将对象晋升到老年代。
• 空间分配担保：JVM 通过空间分配担保机制来确保 Minor GC 的顺利进行。

理解这些内存分配机制，有助于我们更好地优化 Java 应用程序的性能，减少垃圾回收的开销，提升系统的稳定性。

8 思维导图

9 参考链接

Java创建的对象到底放在哪？新生代还是老年代？