JVM 新生代為何需要兩個 Survivor 空間？
阿新 • • 發佈：2018-12-26
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我們知道，目前主流的虛擬機器實現都採用了分代收集的思想，把整個堆區劃分為新生代和老年代；新生代又被劃分成 Eden 空間、 From Survivor 和 To Survivor 三塊區域。
看書的時候有個疑問，為什麼非得是兩個 Survivor 空間呢？要回答這個問題，其實等價於：為什麼不是0個或1個 Survivor 空間？為什麼2個 Survivor 空間可以達到要求？
為什麼不是0個 Survivor 空間？
這個問題等價於：為什麼需要 Survivor 空間。我們看看如果沒有 Survivor 空間的話，垃圾收集將會怎樣進行：一遍新生代 gc 過後，不管三七二十一，活著的物件全部進入老年代，即便它在接下來的幾次 gc 過程中極有可能被回收掉。這樣的話老年代很快被填滿， Full GC 的頻率大大增加。我們知道，老年代一般都會被規劃成比新生代大很多，對它進行垃圾收集會消耗比較長的時間；如果收集的頻率又很快的話，那就更糟糕了。基於這種考慮，虛擬機器引進了“倖存區”的概念：如果物件在某次新生代
gc 之後任然存活，讓它暫時進入倖存區；以後每熬過一次 gc ，讓物件的年齡＋1，直到其年齡達到某個設定的值（比如15歲）， JVM 認為它很有可能是個“老不死的”物件，再呆在倖存區沒有必要（而且老是在兩個倖存區之間反覆地複製也需要消耗資源），才會把它轉移到老年代。
總之，設定 Survivor 空間的目的是讓那些中等壽命的物件儘量在 Minor GC 時被幹掉，最終在總體上減少虛擬機器的垃圾收集過程對使用者程式的影響。
為什麼不是1個 Survivor 空間？
回答這個問題有一個前提，就是新生代一般都採用複製演算法進行垃圾收集。原始的複製演算法是把一塊記憶體一分為二， gc 時把存活的物件從一塊空間（From space）複製到另外一塊空間（To space），再把原先的那塊記憶體（From space）清理乾淨，最後調換 From space 和 To space 的邏輯角色（這樣下一次 gc 的時候還可以按這樣的方式進行）。
我們知道，在 HotSpot 虛擬機器裡， Eden 空間和 Survivor 空間預設的比例是 8:1 。我們來看看在只有一個 Survivor 空間的情況下，這個 8:1 會有什麼問題。此處為了方便說明，我們假設新生代一共為 9 MB 。物件優先在 Eden 區分配，當 Eden 空間滿 8 MB 時，觸發第一次 Minor GC 。比如說有 0.5 MB 的物件存活，那這 0.5 MB 的物件將由 Eden 區向 Survivor 區複製。這次 Minor GC 過後， Eden 區被清理乾淨， Survivor 區被佔用了 0.5 MB ，還剩 0.5 MB 。到這裡一切都很美好，但問題馬上就來了：從現在開始所有物件將會在這剩下的 0.5 MB 的空間上被分配，很快就會發現空間不足，於是只好觸發下一次 Minor GC 。可以看出在這種情況下，當 Survivor 空間作為物件“出生地”的時候，很容易觸發 Minor GC ，這種 8:1 的不對稱分配不但沒能在總體上降低 Minor GC 的頻率，還會把 gc 的時間間隔搞得很不平均。把 Eden : Survivor 設成 1 : 1 也一樣，每當物件總大小滿 5 MB 的時候都必須觸發一次 Minor GC ，唯一的變化是 gc 的時間間隔相對平均了。
上面的論述都是以“新生代使用複製演算法”這個既定事實作為前提來討論的。如果不是這樣，比如說新生代採用“標記-清除”或者“標記-整理”演算法來實現倖存物件的移動，好像確實是只需要一個 Survivor 就夠了。至於主流的虛擬機器實現為什麼不考慮採用這種方式，我也不是很清楚，或許有實現難度、記憶體碎片或者執行效率方面的考慮吧。
為什麼2個 Survivor 空間可以達到要求？
問題很清楚了，無論 Eden 和 Survivor 的比例怎麼設定，在只有一個 Survivor 的情況下，總體上看在新生代空間滿一半的時候就會觸發一次 Minor GC 。那有沒有提升的空間呢？比如說永遠在新生代空間滿 80% 的時候才觸發 Minor GC ？
事實上是可以做到的：我們可以設兩個 Survivor 空間（ From Survivor 和 To Survivor ）。比如，我們把 Eden : From Survivor : To Survivor 空間大小設成 8 : 1 : 1 ，物件總是在 Eden 區出生， From Survivor 儲存當前的倖存物件， To Survivor 為空。一次 gc 發生後：
1）Eden 區活著的物件 ＋ From Survivor 儲存的物件被複制到 To Survivor ；
2) 清空 Eden 和 From Survivor ；
3) 顛倒 From Survivor 和 To Survivor 的邏輯關係： From 變 To ， To 變 From 。
可以看出，只有在 Eden 空間快滿的時候才會觸發 Minor GC 。而 Eden 空間佔新生代的絕大部分，所以 Minor GC 的頻率得以降低。當然，使用兩個 Survivor 這種方式我們也付出了一定的代價，如 10% 的空間浪費、複製物件的開銷等。