從這篇開始我們開始探討一些jvm調優的問題。在jvm調優中一個離不開的重點是垃圾回收，當垃圾回收成爲系統達到更高併發量的瓶頸時，我們就需要對jvm中如果進行“自動化”垃圾回收技術實施必要的監控和調節。
這是jvm優化系列第一篇，其他請看以下：
對於調優之前，我們必須要了解其運行原理，java 的垃圾收集Garbage Collection 通常被稱爲“GC”，它誕生於1960年 MIT 的 Lisp 語言，經過半個多世紀，目前已經十分成熟了。因此本篇主要從這三個方面來了解:
1. 哪些對象需要被回收？
2. 什麼時候回收？
3. 如何回收？
一、誰要被回收
java虛擬機在執行java程序的過程中會把它所管理的內存劃分爲若干個不同是數據區域，這些區域有各自各自的用途。主要包含以下幾個部分組成：
1、程序計數器
程序計數器佔用的內存空間我們可以忽略不計，它是每個線程所執行的字節碼的行號指示器。
2、虛擬機棧
java的虛擬機棧是線程私有的，生命週期和線程相同。它描述的是方法執行的內存模型。同時用於存儲局部變量、操作數棧、動態鏈接、方法出口等。
3、本地方法棧
本地方法棧，類似虛擬機棧，它調用的是是native方法。
4、堆
堆是jvm中管理內存中最大一塊。它是被共享，存放對象實例。也被稱爲“gc堆”。垃圾回收的主要管理區域
5、方法區
方法區也是共享的內存區域。它主要存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器（jit）編譯後的代碼數據。
以上就是jvm在運行時期主要的內存組成，我們看到常見的內存使用不但存在於堆中，還會存在於其他區域，雖然堆的管理對程序的管理至關重要，但我們不能只侷限於這一個區域，特別是當出現內存泄露的時候，我們除了要排查堆內存的情況，還得考慮虛擬機棧的以及方法區域的情況。
知道了要對誰以及那些區域進行內存管理，我還需要知道什麼時候對這些區域進行垃圾回收。
二、什麼時候回收
在垃圾回收之前，我們必須確定的一件事就是對象是否存活？這就牽扯到了判斷對象是否存活的算法了。
引用計數算法：
給對象中添加一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器+1，當引用失效，計數器-1.任何時刻計數器爲0的對象就是不可能再被使用的。
優點：實現簡單，判定效率高效，被actionscript3和python中廣泛應用。
缺點：無法解決對象之間的相互引用問題。java沒有采納
可達性分析算法：
通過一系列稱爲“GC Roots”的對象作爲起始點，從這些節點開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱爲引用鏈，當一個對象到GCRoots沒有任何引用鏈相連的時候，則證明此對象是不可用的。
比如如下，右側的對象是到GCRoot時不可達的，可以判定爲可回收對象。
在java中，可以作爲GCRoot的對象包括以下幾種：
* 虛擬機棧中引用的對象。
* 方法區中靜態屬性引用的對象。
* 方法區中常量引用的對象。
* 本地方法中JNI引用的對象。
基於以上，我們可以知道，噹噹前對象到GCRoot中不可達時候，即會滿足被垃圾回收的可能。
那麼是不是這些對象就非死不可，也不一定，此時只能宣判它們存在於一種“緩刑”的階段，要真正的宣告一個對象死亡。至少要經歷兩次標記：
第一次：對象可達性分析之後，發現沒有與GCRoots相連接，此時會被第一次標記並篩選。
第二次：對象沒有覆蓋finalize（）方法，或者finalize（）方法已經被虛擬機調用過，此時會被認定爲沒必要執行。
三、如何回收
上述的兩點講解之後，我們大概明白了，哪些對象會被回收，以及回收的依據是什麼，但回收的這個工作實現起來並不簡單，首先它需要掃描所有的對象，鑑別誰能夠被回收，其次在掃描期間需要 ”stop the world“ 對象能被凍結，不然你剛掃描，他的引用信息有變化，你就等於白做了。
分代回收
我們從一個object1來說明其在分代垃圾回收算法中的回收軌跡。
1、object1新建，出生於新生代的Eden區域。
2、minor GC，object1 還存活，移動到Fromsuvivor空間，此時還在新生代。
3、minor GC，object1 仍然存活，此時會通過複製算法，將object1移動到ToSuv區域，此時object1的年齡age+1。
4、minor GC，object1 仍然存活，此時survivor中和object1同齡的對象並沒有達到survivor的一半，所以此時通過複製算法，將fromSuv和Tosuv 區域進行互換，存活的對象被移動到了Tosuv。
5、minor GC，object1 仍然存活，此時survivor中和object1同齡的對象已經達到survivor的一半以上（toSuv的區域已經滿了），object1被移動到了老年代區域。
6、object1存活一段時間後，發現此時object1不可達GcRoots，而且此時老年代空間比率已經超過了閾值,觸發了majorGC（也可以認爲是fullGC，但具體需要垃圾收集器來聯繫），此時object1被回收了。fullGC會觸發 stop the world。
在以上的新生代中，我們有提到對象的age，對象存活於survivor狀態下，不會立即晉升爲老生代對象，以避免給老生代造成過大的影響，它們必須要滿足以下條件纔可以晉升：
1、minor gc 之後，存活於survivor 區域的對象的age會+1，當超過（默認）15的時候，轉移到老年代。
2、動態對象，如果survivor空間中相同年齡所有的對象大小的綜合和大於survivor空間的一半，年級大於或等於該年級的對象就可以直接進入老年代。
以上採用分代垃圾收集的思想，對一個對象從存活到死亡所經歷的歷程。期間，在新生代的時刻，會用到複製算法，在老年代時，有可能會用到標記-清楚算法（mark-sweep）算法或者標記-整理算法，這些都是垃圾回收算法基於不同區域的實現，我們看下這幾種回收算法的實現原理。
垃圾回收算法
標記清除法（Mark-Sweep）
標記清除法是垃圾回收算法的思想基礎。標記清除算法將垃圾分爲兩個階段：標記階段和清除階段。
標記階段，通過根節點，標記所有從根節點開始的可達對象，未標記過的對象就是未被引用的垃圾對象。
清除階段，清除所有未被標記的對象。
複製算法（Copying）
複製算法是，將原有的內存空間分爲兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時，將正在適用的內存中存活對象複製到未使用的內存塊，然後清除使用的內存塊中所有的對象。
標記壓縮算法（Mark-Compact）
標記壓縮算法是一種老年代的回收算法。
標記階段和標記清除算法一致，對可達對象做一次標記。
清理階段，爲了避免內存碎片產生，將所有的存活對象壓縮到內存的一端。
四、垃圾收集器
垃圾收集器是內存回收的具體實現，不同的廠商提供的垃圾收集器有很大的差別，一般的垃圾收集器都會作用於不同的分代，需要搭配使用。以下是各種垃圾收集器的組合方式：
各種組合的優缺點：
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新生代GC策略 |
年老代GC策略 |
說明 |
| 組合1 |
Serial |
Serial Old |
Serial和Serial Old都是單線程進行GC，特點就是GC時暫停所有應用線程。 |
| 組合2 |
Serial |
CMS+Serial Old |
CMS（Concurrent Mark Sweep）是併發GC，實現GC線程和應用線程併發工作，不需要暫停所有應用線程。另外，當CMS進行GC失敗時，會自動使用Serial Old策略進行GC。 |
| 組合3 |
ParNew |
CMS |
使用-XX:+UseParNewGC選項來開啓。ParNew是Serial的並行版本，可以指定GC線程數，默認GC線程數爲CPU的數量。可以使用-XX:ParallelGCThreads選項指定GC的線程數。 如果指定了選項-XX:+UseConcMarkSweepGC選項，則新生代默認使用ParNew GC策略。 |
| 組合4 |
ParNew |
Serial Old |
使用-XX:+UseParNewGC選項來開啓。新生代使用ParNew GC策略，年老代默認使用Serial Old GC策略。 |
| 組合5 |
Parallel Scavenge |
Serial Old |
Parallel Scavenge策略主要是關注一個可控的吞吐量：應用程序運行時間 / (應用程序運行時間 + GC時間)，可見這會使得CPU的利用率儘可能的高，適用於後臺持久運行的應用程序，而不適用於交互較多的應用程序。 |
| 組合6 |
Parallel Scavenge |
Parallel Old |
Parallel Old是Serial Old的並行版本
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| 組合7 |
G1GC |
G1GC |
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseG1GC #開啓 -XX:MaxGCPauseMillis =50 #暫停時間目標 -XX:GCPauseIntervalMillis =200 #暫停間隔目標 -XX:+G1YoungGenSize=512m #年輕代大小 -XX:SurvivorRatio=6 #倖存區比例 |
以上優缺點來自：http://www.importnew.com/23752.html