JVM内存模型与垃圾回收
JVM结构堆的内存模型垃圾回收算法垃圾回收（GC）什么对象需要回收什么时候进行GC如何进行GC垃圾收集器垃圾收集器相关参数串行收集器并行收集器CMSG1其它
JVM设置参数GC调试参数解释
JVM结构
1. JVM可划分为：堆、方法区、程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈（栈）
线程共享区域：堆、方法区
线程私有区域：程序计数器、本地方法栈、栈
2. 各个区域的作用和存放类型
1）程序计数器
当前线程执行的字节码的行号指示器，记录指令执行的位置
2）虚拟机栈：基本数据类型值、对象引用、方法调用
为方法执行服务，每次调用方法都会创建方法栈，如果递归没有终止条件，则会造成StackOverFlow(SOF)
每个方法执行会创建一个栈，存储局部变量、操作栈、动态链接等
3）本地方法栈
本地方法栈是为Native方法服务
4）堆：主要存储对象和数组
5）方法区
存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据
6）运行时常量池（方法区一部分）
属于方法区一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用
编译器和运行期(String 的 intern())都可以将常量放入池中
7）永久代
是hotspot独有的方法区的一种实现，在1.8被metaspace（元空间）取代，元空间使用的是本地内存
元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过以下参数来指定元空间的大小：
-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。
除了上面两个指定大小的选项以外，还有两个与 GC 相关的属性：
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集
堆的内存模型
1. 堆主要分为：新生代（young）和老年代（old）
2. 新生代：存放新创建的对象，一般占据1/3的堆内存
新生代又分为：Eden区、survivor from、survivor to
Eden区：用于存放新创建的对象的区域
survivor from：也叫survivor0区，存放上一次GC后留下的对象
survivor to：也叫survivor1区，用于存放MinorGC时存活的对象
Eden : survivor from : survivor to = 8 : 1 : 1
3. 老年代：存放生命周期较长的对象，多次GC未被回收的对象
垃圾回收算法
1. 标记清除：Mark and Sweap
1）标记：标记所有和GCRoots可达的对象
2）清除：遍历堆，将没有标记的对象进行清除
缺点：需要对整块内存进行遍历，效率低，并且内存碎片化比较严重，影响存放效率（增加寻址时间）
2. 复制算法：Copy And Sweap
1）Copy：使用2块内存空间，当其中一块内存存满后，将这块内存的存活对象（可达对象）复制到另一块内存
2）Sweap：然后将内存全部清除，这样就达到了回收的目的
缺点：空间占用高、利用率低
3. 标记整理
1）标记：对所有GCRoots可达对象进行标记
2）整理：然后将标记对象移向内存一端，清除另一端的对象（也就是需要回收的对象）
优点：因为所有存活对象移向一端，不会出现大量不连续的内存空间（内存碎片化度低）
主要适合老年代的对象存储
4. 分代收集
根据新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation)的特点采取最适当的收集算法
1）新生代：复制算法
新生代GC比较频繁，存活对象较少，因此复制算法效率较高
2）老年代：标记整理 / 标记清除
老年代对象存活率高，回收对象少，因此，可以采用标记整理或者标记清除
垃圾回收（GC）
什么对象需要回收
对于JVM来说，不会被使用的对象就应该被回收，以便腾出内存空间，JVM有2种方式判断对象是否需要回收
1. 引用计数法
对对象的引用进行计数，引用计数为0的一定是可以回收的对象
但是也存在引用计数不为0，但是可以回收的对象，例如2个无用对象相互引用，这就有了可达性分析
2. 可达性分析
对于每一个活动对象，都存在以GC Roots为起点的引用路径，也叫对象可达路径
当一个对象与GC Roots间没有可达路径时，则代表该对象可被回收
什么时候进行GC
1. 新生代：MinorGC
当新生代的Eden区满了，无法存入新生对象，进行新生代的GC，这样的GC称为MinorGC
2. 老年代：MajorGC
新生代GC，有的对象可能晋升到老年代，造成老年代使用内存上升，如果此时老年代内存不足，则触发GC
* 对于CMS，可以单独对老年代进行GC，其它的收集器会进行Full GC，所以通常Major GC 等同于Full GC
3. Full GC
Full Gc 会回收新生代、老年代还有永久代（需要看版本，1.8没有永久代）的不可达对象，也就是说：
Full GC 会触发 Minor GC 和 Major GC
触发Full GC的时机：
1）新生代平均晋升对象大小占用空间大于老年代剩余空间，触发Full GC，而不是只触发Young GC
2）如果存在永久代（Permanent Generation），当永久代没有足够内存，触发Young GC
3）显示调用System.gc()通知GC有可能会触发GC，此时的GC也是Full GC
如何进行GC
1. 新生代
新生代发生的是MinorGC，采用的是复制算法，当进行MinorGC时，过程如下：
1）将Eden和survivor0区（survivor from）的存活对象复制到survivor1区（survivor to）
注意：如果无法复制到survivor1区，则对象晋升到老年代
2）清除Eden与survivor0区（survivor from）的内存
3）将survivor1区的存活对象与survivor0区的幸存对象进行交换
2. 老年代
老年代发生的是MajorGC，采用的是标记清除 / 标记整理
垃圾收集器
1. JVM有3种类型的垃圾收集器：串行收集器，并行收集器，并发收集器
串行(Serial)：只有一个线程去执行GC，并且会暂停其它工作线程直到GC完成
并行(Parallel)：多个线程去执行GC，也会暂停所有工作线程直到GC完成
并发(concurrent)：GC线程和工作线程同时执行
2. 串行收集器
SerialGC -- 新生代串行垃圾收集器
使用单线程、复制算法
Serial Old -- 老年代串行垃圾收集器
使用单线程、标记整理
3. 并行收集器
ParNew -- 新生代并行垃圾收集器
使用多线程、复制算法
Parallel Scavenge 收集器 -- 新生代并行垃圾收集器
使用多线程、复制算法
ParallelOld -- 老年代并行垃圾收集器
使用多线程、标记整理
4. Parallel Scavenge
Parallel Scavenge相比于ParNew的最大区别就是：吞吐量优先，能够设置垃圾收集停顿时间
Parallel Scavenge是以吞吐量优先的收集器，旨在实现可控的吞吐量
可以将这里的吞吐量理解成：运行用户代码时间 /（运行用户代码时间 + 垃圾收集时间）
Parallel Scavenge控制吞吐量的参数：
-XX:MaxGCPauseMillis 控制最大垃圾收集停顿时间，大于0的ms值，这是牺牲
-XX:GCTimeRatio 直接设置吞吐量的比值，(0,100)的整数
MaxGCPauseMillis是牺牲吞吐量和新生代空间来换取的，并不是设置越低越好
假设GCTimeRatio值为n，那么系统将花费不超过 1/(1+n) 的时间用于垃圾收集
Parallel Scavenge提供GC自适应的调节策略（GC Ergonomics）：-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
当采用该策略，新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比例（-XX:SurvivorRatio)
晋升老年代对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等参数不需要手动设置
JVM根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或者最大的吞吐量
5. 并发收集器CMS:ConcMarkSweepGC（老年代并发垃圾收集器）
CMS是以最短垃圾回收停顿时间为目标的垃圾收集器，采用并发标记清除
对响应时间的需求大于吞吐量的需求可以使用CMS并发收集
CMS回收过程:
1）初始标记(CMS initial mark)：标记 GC Roots 能直接关联到的对象
2）并发标记(CMS concurrent mark)：可以和用户线程并行执行，标记所有可达对象
3）重新标记(CMS remark)：标记并发标记过程中用户线程产生的垃圾对象
4）并发清除(CMS concurrent sweep)：和用户线程可以并行执行，清除标记过的对象
优点：并发、低停顿
缺点：产生大量内存碎片，空间利用率不高
6. G1垃圾收集器：可对新生代和老年代进行回收（java9默认垃圾回收器）
G1：大体流程来看是基于标记整理
G1：基于并发，采用复制算法
将堆在逻辑上划分为多个Region
1) 初始标记：标记GC Roots的直接引用对象
2) 并发标记：进行可达性分析，标记所有GCRoots的对象引用
3) 最终标记：对并发标记期间的对象进行重新标记
4) 筛选回收：对Region进行垃圾回收
垃圾收集器相关参数
串行收集器
参数描述
-XX:+UseSerialGC在新生代和老年代使用串行回收器-XX:+SuivivorRatio设置 eden 区大小和 survivor 区大小的比例-XX:+PretenureSizeThreshold设置大对象直接进入老年代的阈值，当对象的大小超过这个值时，将直接在老年代分配-XX:MaxTenuringThreshold设置对象进入老年代的年龄的最大值,每一次 Minor GC 后，对象年龄就加 1，任何大于这个年龄的对象，一定会进入老年代
并行收集器
参数描述
-XX:+UseParNewGC在新生代使用并行收集器-XX:+UseParallelOldGC老年代使用并行回收收集器-XX:ParallelGCThreads设置用于垃圾回收的线程数，通常情况下可以和 CPU 数量相等。但在 CPU 数量比较多的情况下，设置相对较小的数值也是合理的-XX:MaxGCPauseMills设置最大垃圾收集停顿时间。它的值是一个大于 0 的整数。收集器在工作时，会调整 Java 堆大小或者其他一些参数，尽可能地把停顿时间控制在 MaxGCPauseMills 以内-XX:GCTimeRatio设置吞吐量大小，它的值是一个 0-100 之间的整数。假设 GCTimeRatio 的值为 n，那么系统将花费不超过 1/(1+n) 的时间用于垃圾收集-XX:+UseAdaptiveSizePolicy打开自适应 GC 策略。在这种模式下，新生代的大小，eden 和 survivor 的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，以达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点
CMS
参数描述
-XX:+UseConcMarkSweepGC新生代使用并行收集器，老年代使用 CMS+串行收集器-XX:+ParallelCMSThreads设定 CMS 的线程数量-XX:+CMSInitiatingOccupancyFraction设置 CMS 收集器在老年代空间被使用多少后触发，默认为 68%-XX:+UseFullGCsBeforeCompaction设定进行多少次 CMS 垃圾回收后，进行一次内存压缩-XX:+CMSClassUnloadingEnabled允许对类元数据进行回收-XX:+CMSParallelRemarkEndable启用并行重标记-XX:CMSInitatingPermOccupancyFraction当永久区占用率达到这一百分比后，启动 CMS 回收，前提是-XX:+CMSClassUnloadingEnabled 激活了-XX:UseCMSInitatingOccupancyOnly表示只在到达阈值的时候，才进行 CMS 回收-XX:+CMSIncrementalMode使用增量模式，比较适合单 CPU
G1
参数描述
-XX:+UseG1GC使用 G1 回收器-XX:+UnlockExperimentalVMOptions允许使用实验性参数-XX:+MaxGCPauseMills设置最大垃圾收集停顿时间-XX:+GCPauseIntervalMills设置停顿间隔时间
其它
参数描述
-XX:+DisableExplicitGC禁用显示 GC
JVM设置参数
参数描述
-Xms初始堆大小，-Xms1024m-Xmx最大堆大小，-Xmx2048m-Xmn新生代大小，通常为Xms的1/3或1/4，包括Eden和2个survivor区-Xss每个线程堆栈的大小，默认为1M，JDK1.5+支持-XX:NewRatio新生代:老年代，-XXNewRatio=2，代表新生代占1/3，老年代占2/3-XX:SurvivorRatioEden:survivor，默认为8，即Eden占8/10，survivor0和1各占1/10-XX:PermSize永久代的大小-XX:MaxPermSize永久代的最大值-XX:+PrintGCDetails打印GC信息-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError让JVM发生内存溢出时Dump出内存堆转储快照，方便分析原因
GC调试参数解释
S0C：新生代survivor0的大小
S1C：新生代survivor1大小
S0U：新生代survivor0的使用大小
S1U：新生代survivor1的使用大小
EC：Eden的大小
EU：Eden的使用大小
OC：老年代大小
OU：老年代使用大小
MC：方法区大小
MU：方法区使用大小
CCSC:压缩类空间大小
CCSU:压缩类空间使用大小
YGC：年轻代垃圾回收次数
YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间
FGC：老年代垃圾回收次数
FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
GCT：垃圾回收消耗总时间
