Array byte Java 1 MB atau lebih membutuhkan dua kali RAM

Menjalankan kode di bawah ini pada Windows 10 / OpenJDK 11.0.4_x64 menghasilkan sebagai keluaran used: 197dan expected usage: 200. Ini berarti bahwa array 200 byte dari satu juta elemen membutuhkan sekitar. RAM 200MB. Semuanya baik-baik saja.

Ketika saya mengubah alokasi array byte dalam kode dari new byte[1000000]ke new byte[1048576](yaitu, ke 1024 * 1024 elemen), itu menghasilkan output used: 417dan expected usage: 200. Apa apaan?

import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;

public class Mem {
    private static Runtime rt = Runtime.getRuntime();
    private static long free() { return rt.maxMemory() - rt.totalMemory() + rt.freeMemory(); }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {
        int blocks = 200;
        long initiallyFree = free();
        System.out.println("initially free: " + initiallyFree / 1000000);
        ArrayList<byte[]> data = new ArrayList<>();
        for (int n = 0; n < blocks; n++) { data.add(new byte[1000000]); }
        System.gc();
        Thread.sleep(2000);
        long remainingFree = free();
        System.out.println("remaining free: " + remainingFree / 1000000);
        System.out.println("used: " + (initiallyFree - remainingFree) / 1000000);
        System.out.println("expected usage: " + blocks);
        System.in.read();
    }
}

Terlihat sedikit lebih dalam dengan visualvm, saya melihat dalam kasus pertama semuanya seperti yang diharapkan:

Dalam kasus kedua, selain array byte, saya melihat jumlah array int yang sama dengan jumlah RAM yang sama dengan array byte:

Array int ini, omong-omong, tidak menunjukkan bahwa mereka direferensikan, tapi saya tidak bisa mengumpulkan sampah ... (Array byte menunjukkan dengan baik di mana mereka direferensikan.)

Ada ide apa yang terjadi di sini?

Apa yang dijelaskan ini adalah perilaku out-of-the-box dari pengumpul sampah G1 yang umumnya default ke 1MB "region" dan menjadi default JVM di Java 9. Menjalankan dengan GC lain yang diaktifkan memberikan angka yang bervariasi.

benda apa pun yang lebih dari setengah ukuran wilayah dianggap "humongous" ... Untuk objek yang hanya sedikit lebih besar dari kelipatan ukuran wilayah tumpukan, ruang yang tidak digunakan ini dapat menyebabkan tumpukan menjadi terfragmentasi.

Saya berlari java -Xmx300M -XX:+PrintGCDetailsdan itu menunjukkan tumpukan habis oleh daerah humongous:

[0.202s][info   ][gc,heap        ] GC(51) Old regions: 1->1
[0.202s][info   ][gc,heap        ] GC(51) Archive regions: 2->2
[0.202s][info   ][gc,heap        ] GC(51) Humongous regions: 296->296
[0.202s][info   ][gc             ] GC(51) Pause Full (G1 Humongous Allocation) 297M->297M(300M) 1.935ms
[0.202s][info   ][gc,cpu         ] GC(51) User=0.01s Sys=0.00s Real=0.00s
...
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

Kami ingin 1MiB kami byte[]menjadi "kurang dari setengah ukuran wilayah G1" sehingga menambahkan -XX:G1HeapRegionSize=4Mmemberikan aplikasi fungsional:

[0.161s][info   ][gc,heap        ] GC(19) Humongous regions: 0->0
[0.161s][info   ][gc,metaspace   ] GC(19) Metaspace: 320K->320K(1056768K)
[0.161s][info   ][gc             ] GC(19) Pause Full (System.gc()) 274M->204M(300M) 9.702ms
remaining free: 100
used: 209
expected usage: 200

Ikhtisar mendalam tentang G1: https://www.oracle.com/technical-resources/articles/java/g1gc.html

Detail perincian G1: https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/gctuning/garbage-first-garbage-collector-tuning.html#GUID-2428DA90-B93D-48E6-B336-A849ADF1C552