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一 JVM內存模型
1.1 Java棧
Java棧是與每一個線程關聯的，JVM在創建每一個線程的時候，會分配一定的棧空間給線程。它主要用來存儲線程執行過程中的局部變量，方法的返回值，以及方法調用上下文。棧空間隨着線程的終止而釋放。
StackOverflowError：如果在線程執行的過程中，棧空間不夠用，那麼JVM就會拋出此異常，這種情況一般是死遞歸造成的。
1.2 堆
Java中堆是由所有的線程共享的一塊內存區域，堆用來保存各種JAVA對象，比如數組，線程對象等。
1.2.1 Generation
JVM堆一般又可以分爲以下三部分：
Ø Perm
Perm代主要保存class,method,filed對象，這部門的空間一般不會溢出，除非一次性加載了很多的類，不過在涉及到熱部署的應用服務器的時候，有時候會遇到java.lang.OutOfMemoryError : PermGen space 的錯誤，造成這個錯誤的很大原因就有可能是每次都重新部署，但是重新部署後，類的class沒有被卸載掉，這樣就造成了大量的class對象保存在了perm中，這種情況下，一般重新啓動應用服務器可以解決問題。
Ø Tenured
Tenured區主要保存生命週期長的對象，一般是一些老的對象，當一些對象在Young複製轉移一定的次數以後，對象就會被轉移到Tenured區，一般如果系統中用了application級別的緩存，緩存中的對象往往會被轉移到這一區間。
Ø Young
Young區被劃分爲三部分，Eden區和兩個大小嚴格相同的Survivor區，其中Survivor區間中，某一時刻只有其中一個是被使用的，另外一個留做垃圾收集時複製對象用，在Young區間變滿的時候，minor GC就會將存活的對象移到空閒的Survivor區間中，根據JVM的策略，在經過幾次垃圾收集後，任然存活於Survivor的對象將被移動到Tenured區間。
1.2.2 Sizing the Generations
JVM提供了相應的參數來對內存大小進行配置。
正如上面描述，JVM中堆被分爲了3個大的區間，同時JVM也提供了一些選項對Young,Tenured的大小進行控制。
Ø Total Heap
-Xms ：指定了JVM初始啓動以後初始化內存
-Xmx：指定JVM堆得最大內存，在JVM啓動以後，會分配-Xmx參數指定大小的內存給JVM，但是不一定全部使用，JVM會根據-Xms參數來調節真正用於JVM的內存
-Xmx -Xms之差就是三個Virtual空間的大小
Ø Young Generation
-XX:NewRatio=8意味着tenured 和 young的比值8：1，這樣eden+2*survivor=1/9
堆內存
-XX:SurvivorRatio=32意味着eden和一個survivor的比值是32：1，這樣一個Survivor就佔Young區的1/34.
-Xmn 參數設置了年輕代的大小
Ø Perm Generation
-XX:PermSize=16M -XX:MaxPermSize=64M
Thread Stack
-XX:Xss=128K
1.3 堆棧分離的好處
呵呵，其它的先不說了，就來說說面向對象的設計吧，當然除了面向對象的設計帶來的維護性，複用性和擴展性方面的好處外，我們看看面向對象如何巧妙的利用了堆棧分離。如果從JAVA內存模型的角度去理解面向對象的設計，我們就會發現對象它完美的表示了堆和棧，對象的數據放在堆中，而我們編寫的那些方法一般都是運行在棧中，因此面向對象的設計是一種非常完美的設計方式，它完美的統一了數據存儲和運行。
二 JAVA垃圾收集器
2.1 垃圾收集簡史
垃圾收集提供了內存管理的機制，使得應用程序不需要在關注內存如何釋放，內存用完後，垃圾收集會進行收集，這樣就減輕了因爲人爲的管理內存而造成的錯誤，比如在C++語言裏，出現內存泄露時很常見的。
Java語言是目前使用最多的依賴於垃圾收集器的語言，但是垃圾收集器策略從20世紀60年代就已經流行起來了，比如Smalltalk,Eiffel等編程語言也集成了垃圾收集器的機制。
2.2 常見的垃圾收集策略
所有的垃圾收集算法都面臨同一個問題，那就是找出應用程序不可到達的內存塊，將其釋放，這裏面得不可到達主要是指應用程序已經沒有內存塊的引用了，而在JAVA中，某個對象對應用程序是可到達的是指：這個對象被根（根主要是指類的靜態變量，或者活躍在所有線程棧的對象的引用）引用或者對象被另一個可到達的對象引用。
2.2.1 Reference Counting(引用計數）
引用計數是最簡單直接的一種方式，這種方式在每一個對象中增加一個引用的計數，這個計數代表當前程序有多少個引用引用了此對象，如果此對象的引用計數變爲0，那麼此對象就可以作爲垃圾收集器的目標對象來收集。
優點：
簡單，直接，不需要暫停整個應用
缺點：
1.需要編譯器的配合，編譯器要生成特殊的指令來進行引用計數的操作，比如每次將對象賦值給新的引用，或者者對象的引用超出了作用域等。
2.不能處理循環引用的問題
2.2.2 跟蹤收集器
跟蹤收集器首先要暫停整個應用程序，然後開始從根對象掃描整個堆，判斷掃描的對象是否有對象引用，這裏面有三個問題需要搞清楚：
1．如果每次掃描整個堆，那麼勢必讓GC的時間變長，從而影響了應用本身的執行。因此在JVM裏面採用了分代收集，在新生代收集的時候minor gc只需要掃描新生代，而不需要掃描老生代。
2．JVM採用了分代收集以後，minor gc只掃描新生代，但是minor gc怎麼判斷是否有老生代的對象引用了新生代的對象，JVM採用了卡片標記的策略，卡片標記將老生代分成了一塊一塊的，劃分以後的每一個塊就叫做一個卡片，JVM採用卡表維護了每一個塊的狀態，當JAVA程序運行的時候，如果發現老生代對象引用或者釋放了新生代對象的引用，那麼就JVM就將卡表的狀態設置爲髒狀態，這樣每次minor gc的時候就會只掃描被標記爲髒狀態的卡片，而不需要掃描整個堆。具體如下圖：
3．GC在收集一個對象的時候會判斷是否有引用指向對象，在JAVA中的引用主要有四種：Strong reference,Soft reference,Weak reference,Phantom reference.
Ø Strong Reference
強引用是JAVA中默認採用的一種方式，我們平時創建的引用都屬於強引用。如果一個對象沒有強引用，那麼對象就會被回收。
public void testStrongReference(){
Object referent = new Object();
Object strongReference = referent;
referent = null;
System.gc();
assertNotNull(strongReference);
}
Ø Soft Reference
軟引用的對象在GC的時候不會被回收，只有當內存不夠用的時候纔會真正的回收，因此軟引用適合緩存的場合，這樣使得緩存中的對象可以儘量的再內存中待長久一點。
Public void testSoftReference(){
String str = "test";
SoftReference<String> softreference = new SoftReference<String>(str);
str=null;
System.gc();
assertNotNull(softreference.get());
}
Ø Weak reference
弱引用有利於對象更快的被回收，假如一個對象沒有強引用只有弱引用，那麼在GC後，這個對象肯定會被回收。
Public void testWeakReference(){
String str = "test";
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<String>(str);
str=null;
System.gc();
assertNull(weakReference.get());
}
Ø Phantom reference
2.2.2.1 Mark-Sweep Collector(標記-清除收集器）
標記清除收集器最早由Lisp的發明人於1960年提出，標記清除收集器停止所有的工作，從根掃描每個活躍的對象，然後標記掃描過的對象，標記完成以後，清除那些沒有被標記的對象。
優點：
1 解決循環引用的問題
2 不需要編譯器的配合，從而就不執行額外的指令
缺點：
1．每個活躍的對象都要進行掃描，收集暫停的時間比較長。
2.2.2.2 Copying Collector(複製收集器）
複製收集器將內存分爲兩塊一樣大小空間，某一個時刻，只有一個空間處於活躍的狀態，當活躍的空間滿的時候，GC就會將活躍的對象複製到未使用的空間中去，原來不活躍的空間就變爲了活躍的空間。
複製收集器具體過程可以參考下圖：
優點：
1 只掃描可以到達的對象，不需要掃描所有的對象，從而減少了應用暫停的時間
缺點：
1．需要額外的空間消耗，某一個時刻，總是有一塊內存處於未使用狀態
2．複製對象需要一定的開銷
2.2.2.3 Mark-Compact Collector(標記-整理收集器）
標記整理收集器汲取了標記清除和複製收集器的優點，它分兩個階段執行，在第一個階段，首先掃描所有活躍的對象，並標記所有活躍的對象，第二個階段首先清除未標記的對象，然後將活躍的的對象複製到堆得底部。標記整理收集器的過程示意圖請參考下圖：
Mark-compact策略極大的減少了內存碎片，並且不需要像Copy Collector一樣需要兩倍的空間。
2.3 JVM的垃圾收集策略
GC的執行時要耗費一定的CPU資源和時間的，因此在JDK1.2以後，JVM引入了分代收集的策略，其中對新生代採用"Mark-Compact"策略，而對老生代採用了“Mark-Sweep"的策略。其中新生代的垃圾收集器命名爲“minor gc”，老生代的GC命名爲"Full Gc 或者Major GC".其中用System.gc()強制執行的是Full Gc.
2.3.1 Serial Collector
Serial Collector是指任何時刻都只有一個線程進行垃圾收集，這種策略有一個名字“stop the whole world",它需要停止整個應用的執行。這種類型的收集器適合於單CPU的機器。
Serial Copying Collector
此種GC用-XX:UseSerialGC選項配置，它只用於新生代對象的收集。1.5.0以後.
-XX:MaxTenuringThreshold來設置對象複製的次數。當eden空間不夠的時候，GC會將eden的活躍對象和一個名叫From survivor空間中尚不夠資格放入Old代的對象複製到另外一個名字叫To Survivor的空間。而此參數就是用來說明到底From survivor中的哪些對象不夠資格，假如這個參數設置爲31，那麼也就是說只有對象複製31次以後纔算是有資格的對象。
這裏需要注意幾個個問題：
Ø From Survivor和To survivor的角色是不斷的變化的，同一時間只有一塊空間處於使用狀態，這個空間就叫做From Survivor區，當複製一次後角色就發生了變化。
Ø 如果複製的過程中發現To survivor空間已經滿了，那麼就直接複製到old generation.
Ø 比較大的對象也會直接複製到Old generation,在開發中，我們應該儘量避免這種情況的發生。
Serial Mark-Compact Collector
串行的標記-整理收集器是JDK5 update6之前默認的老生代的垃圾收集器，此收集使得內存碎片最少化，但是它需要暫停的時間比較長
2.3.2 Parallel Collector
Parallel Collector主要是爲了應對多CPU，大數據量的環境。
Parallel Collector又可以分爲以下兩種：
Parallel Copying Collector
此種GC用-XX:UseParNewGC參數配置,它主要用於新生代的收集,此GC可以配合CMS一起使用。1.4.1以後
Parallel Mark-Compact Collector
此種GC用-XX:UseParallelOldGC參數配置，此GC主要用於老生代對象的收集。1.6.0
Parallel scavenging Collector
此種GC用-XX:UseParallelGC參數配置，它是對新生代對象的垃圾收集器，但是它不能和CMS配合使用，它適合於比較大新生代的情況，此收集器起始於jdk 1.4.0。它比較適合於對吞吐量高於暫停時間的場合。
Serial gc和Parallel gc可以用如下的圖來表示：
2.3.3 Concurrent Collector
Concurrent Collector通過並行的方式進行垃圾收集，這樣就減少了垃圾收集器收集一次的時間，這種GC在實時性要求高於吞吐量的時候比較有用。
此種GC可以用參數-XX:UseConcMarkSweepGC配置，此GC主要用於老生代和Perm代的收集。
