深入理解JVM内存空间的担保策略
Java虚拟机（JVM）的内存管理是Java性能调优中最重要的方面之一，特别是在处理大型应用和服务时。JVM内存管理的一个关键组成部分是垃圾回收（GC）。在GC过程中，JVM需要确保有足够的内存来创建新对象，同时还要清理不再使用的对象。而空间担保策略是JVM为了应对这一需求而采取的一种内部机制。本文将深入探讨JVM的空间担保策略是什么，以及它是如何工作的。
什么是JVM空间担保策略？
空间担保策略（Promotion Guarantee）是JVM中的一种机制，确保在Minor GC时，存活的对象能够成功晋升到老年代。如果老年代没有足够的空间来接收新晋升的对象，JVM可能会提前触发一次Full GC来释放空间，或者调整自己的内存分配策略以避免此类情况的发生。
JVM内存结构
为了理解空间担保策略，我们必须首先了解JVM内存的结构。JVM内存主要分为几个区域：
- 新生代（Young Generation）:新创建的对象首先被放置在新生代。新生代包括一个Eden区和两个Survivor区（通常称为S0和S1）。
- 老年代（Old Generation）: 存活经过一定次数GC的对象会被晋升到老年代。
- 元空间（Metaspace）: 用于存放类元数据的区域，替代了早期版本的Java中的永久代（PermGen）。
空间担保的工作原理
- jdk6以前
在进行Minor GC前，虚拟机会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。如果这个条件不能满足，虚拟机会查看 -XX:HandlePromotionFailure 设置是否允许担保失败。如果不允许（false），那么会提前进行一次Full GC来清理老年代并为新生代晋升的对象腾出空间。如果允许担保失败（true），那么只要老年代剩余空间大于历次晋升到老年代对象的平均大小即可进行Minor GC，否则也要提前进行Full GC。
JDK6源码
- jdk6以后
从JDK 7开始，HotSpot虚拟机的垃圾收集器在做Minor GC之前的空间分配担保策略上进行了调整，取消了之前版本中的 -XX:HandlePromotionFailure 选项。每次都会判断老年代剩余最大连续空间大于历次Minor GC晋升的平均大小 或者 大于新生代所有对象的大小总和 ， 大于任意一个，就允许触发MinorGC，反之触发 Full GC
JDK8源码
举例说明空间担保策略
假设一个Java应用配置了 -Xmx100M -Xms100M -XX:+UseSerialGC 来设置使用串行垃圾回收器和100MB堆内存，且无其他特别的内存区域大小参数设置。
在这种情况下，JVM会分配一定比例的内存给新生代和老年代。如果运行过程中发现老年代的连续空间小于新生代中所有对象的总空间，JVM会进行Full GC而不是Minor GC，这是为了防止在Minor GC过程中因为老年代空间不足而导致GC失败。
假设在一次Minor GC后，有2MB的对象需要晋升到老年代，而老年代的连续可用空间只有1MB，并且小于历次Minor GC晋升的平均大小。根据空间担保策略，JVM将执行Full GC。如果Full GC之后老年代的可用空间仍然无法满足晋升需求，JVM会抛出 OutOfMemoryError。
而在实践中，有时候会关闭担保失败 -XX:-HandlePromotionFailure，在早期版本的HotSpot虚拟机中，默认是开启的，但在JDK 7及其之后的版本中，这个选项已经被移除了，因为JVM的垃圾收集器已经被优化到即使在非常紧张的内存情况下也可以很好地进行垃圾回收。
如何调优空间担保策略？
空间担保策略的调优通常涉及几个关键的JVM参数：
- -XX:SurvivorRatio: 设置新生代中Eden区与Survivor区的比例。
- -XX:NewRatio: 设置新生代与老年代的比例。
- -XX:MaxTenuringThreshold: 设置对象在新生代的存活次数，超过这个次数的对象会被晋升到老年代。
- -XX:PretenureSizeThreshold: 设置大小阈值，超过这个大小的对象不会在新生代分配，而直接在老年代分配。
调优通常需要根据应用程序的具体情况来进行。监控工具（如jstat, VisualVM或其他商业监控工具）可以帮助你理解内存使用情况，并据此做出调整。
总结
如果没有空间担保，Minor GC会进行尝试，很可能在晋升过程中失败，因为老年代没有足够的空间。这时JVM可能会抛出 OutOfMemoryError，或者尝试一次昂贵的Full GC来强制回收空间。
而开启空间担保策略，JVM在开始Minor GC之前会检查老年代是否有足够的空间。在这个情况下，JVM会认识到老年代空间不足，因此可能直接触发Full GC，来确保不会在Minor GC过程中出现内存分配失败。
总之，空间担保策略是一种预防措施，保障JVM在进行Minor GC时的内存分配安全性，尽量减少Full GC的发生，以提高系统的性能和稳定性。
注：每次的垃圾回收都是对系统资源的一次消耗，因此适当的调优可以减少GC的次数和影响，从而为应用程序提供更平滑的性能体验。
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