前言
與C語言不同，Java內存（堆內存）的分配與回收由JVM垃圾收集器自動完成，這個特性深受大家歡迎，能夠幫助程序員更好的編寫代碼，本文以HotSpot虛擬機爲例，說一說Java GC的那些事。
Java堆內存
我們知道Java堆是被所有線程共享的一塊內存區域，所有對象實例和數組都在堆上進行內存分配。爲了進行高效的垃圾回收，虛擬機把堆內存劃分成新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）和永久代（Permanent Generation）3個區域。
新生代
新生代由 Eden 與 Survivor Space（S0，S1）構成，大小通過-Xmn參數指定，Eden 與 Survivor Space 的內存大小比例默認爲8:1，可以通過-XX:SurvivorRatio 參數指定，比如新生代爲10M 時，Eden分配8M，S0和S1各分配1M。
Eden：希臘語，意思爲伊甸園，在聖經中，伊甸園含有樂園的意思，根據《舊約·創世紀》記載，上帝耶和華照自己的形像造了第一個男人亞當，再用亞當的一個肋骨創造了一個女人夏娃，並安置他們住在了伊甸園。
大多數情況下，對象在Eden中分配，當Eden沒有足夠空間時，會觸發一次Minor GC，虛擬機提供了-XX:+PrintGCDetails參數，告訴虛擬機在發生垃圾回收時打印內存回收日誌。
Survivor：意思爲倖存者，是新生代和老年代的緩衝區域。
當新生代發生GC（Minor GC）時，會將存活的對象移動到S0內存區域，並清空Eden區域，當再次發生Minor GC時，將Eden和S0中存活的對象移動到S1內存區域。
存活對象會反覆在S0和S1之間移動，當對象從Eden移動到Survivor或者在Survivor之間移動時，對象的GC年齡自動累加，當GC年齡超過默認閾值15時，會將該對象移動到老年代，可以通過參數-XX:MaxTenuringThreshold 對GC年齡的閾值進行設置。
老年代
老年代的空間大小即-Xmx 與-Xmn 兩個參數之差，用於存放經過幾次Minor GC之後依舊存活的對象。當老年代的空間不足時，會觸發Major GC/Full GC，速度一般比Minor GC慢10倍以上。
永久代
在JDK8之前的HotSpot實現中，類的元數據如方法數據、方法信息（字節碼，棧和變量大小）、運行時常量池、已確定的符號引用和虛方法表等被保存在永久代中，32位默認永久代的大小爲64M，64位默認爲85M，可以通過參數-XX:MaxPermSize進行設置，一旦類的元數據超過了永久代大小，就會拋出OOM異常。
虛擬機團隊在JDK8的HotSpot中，把永久代從Java堆中移除了，並把類的元數據直接保存在本地內存區域（堆外內存），稱之爲元空間。
這樣做有什麼好處？
有經驗的同學會發現，對永久代的調優過程非常困難，永久代的大小很難確定，其中涉及到太多因素，如類的總數、常量池大小和方法數量等，而且永久代的數據可能會隨着每一次Full GC而發生移動。
而在JDK8中，類的元數據保存在本地內存中，元空間的最大可分配空間就是系統可用內存空間，可以避免永久代的內存溢出問題，不過需要監控內存的消耗情況，一旦發生內存泄漏，會佔用大量的本地內存。
ps：JDK7之前的HotSpot，字符串常量池的字符串被存儲在永久代中，因此可能導致一系列的性能問題和內存溢出錯誤。在JDK8中，字符串常量池中只保存字符串的引用。
如何判斷對象是否存活
GC動作發生之前，需要確定堆內存中哪些對象是存活的，一般有兩種方法：引用計數法和可達性分析法。
1、引用計數法
在對象上添加一個引用計數器，每當有一個對象引用它時，計數器加1，當使用完該對象時，計數器減1，計數器值爲0的對象表示不可能再被使用。
引用計數法實現簡單，判定高效，但不能解決對象之間相互引用的問題。
public class GCtest {
private Object instance = null;
private static final int _10M = 10 * 1 << 20;
// 一個對象佔10M，方便在GC日誌中看出是否被回收
private byte[] bigSize = new byte[_10M];
public static void main(String[] args) {
GCtest objA = new GCtest();
GCtest objB = new GCtest();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
System.gc();
}
}
通過添加-XX:+PrintGC參數，運行結果：
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 26982K->1194K(75776K)] 26982K->1202K(249344K), 0.0010103 secs]
從GC日誌中可以看出objA和objB雖然相互引用，但是它們所佔的內存還是被垃圾收集器回收了。
2、可達性分析法
通過一系列稱爲 “GC Roots” 的對象作爲起點，從這些節點開始向下搜索，搜索路徑稱爲 “引用鏈”，以下對象可作爲GC Roots：
本地變量表中引用的對象
方法區中靜態變量引用的對象
方法區中常量引用的對象
Native方法引用的對象
當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈時，意味着該對象可以被回收。
在可達性分析法中，判定一個對象objA是否可回收，至少要經歷兩次標記過程：
1、如果對象objA到 GC Roots沒有引用鏈，則進行第一次標記。
2、如果對象objA重寫了finalize()方法，且還未執行過，那麼objA會被插入到F-Queue隊列中，由一個虛擬機自動創建的、低優先級的Finalizer線程觸發其finalize()方法。finalize()方法是對象逃脫死亡的最後機會，GC會對隊列中的對象進行第二次標記，如果objA在finalize()方法中與引用鏈上的任何一個對象建立聯繫，那麼在第二次標記時，objA會被移出“即將回收”集合。
看看具體實現
public class FinalizerTest {
public static FinalizerTest object;
public void isAlive() {
System.out.println("I'm alive");
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("method finalize is running");
object = this;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
object = new FinalizerTest();
// 第一次執行，finalize方法會自救
object = null;
System.gc();
Thread.sleep(500);
if (object != null) {
object.isAlive();
} else {
System.out.println("I'm dead");
}
// 第二次執行，finalize方法已經執行過
object = null;
System.gc();
Thread.sleep(500);
if (object != null) {
object.isAlive();
} else {
System.out.println("I'm dead");
}
}
}
執行結果：
method finalize is runningI'm aliveI'm dead
從執行結果可以看出：
第一次發生GC時，finalize方法的確執行了，並且在被回收之前成功逃脫；
第二次發生GC時，由於finalize方法只會被JVM調用一次，object被回收。
當然了，在實際項目中應該儘量避免使用finalize方法。
拓展：
利用JConsole工具監控java程序內存和JVM
一．找到java應用程序對應的進程PID
linux: ps -ef|grep java
windows: netstat -ano|findstr "java"
二．啓動JConsole監控工具
方法一：
打開cmd命令窗口，進入jdk安裝路徑下/bin目錄，
輸入命令：JConsole “PID號” 如圖：
如圖自動啓動並打開JConsole監控界面：
方法二：進入jdk安裝目錄bin目錄下，雙擊運行JConsole.exe程序，選擇應用程序對應的PID程序連接或雙擊即可
三．對圖表進行性能分析
JConsole主要是監控java應用程序，它是jdk自帶的工具，一個基於JMX用於連接正在運行的JVM，會啓動com.sun.management.jmxremote實現默認地JMX管理客戶端。
1） 概要
概要界面可以實時查看java應用程序的堆內存使用情況、線程、類以及CPU使用情況，如圖：
2） 內存
內存界面可以在圖表選擇“堆內存使用情況”和“非堆內存使用情況”實時圖，並顯示內存詳細信息：使用內存、分配：最大值等，如圖：
PS：重點關注使用內存的佔比，使用內存與最大值之間的合理比值爲1:3，已使用內存不能大於1/2最大值，否則內存存在瓶頸。
3） 線程
線程圖不是重點關注，只關注該線程情況，並可以檢測是否有死鎖線程。
4） 類
類圖並不是重點關注圖，與應用程序類的多少有關，無固定值。
1） VM摘要
VM摘要圖是觀察JVM使用情況圖
堆是由Java虛擬機（JVM，下文提到的JVM特指Sun hotspot JVM）用來存放Java類、對象和靜態成員的內存空間，Java程序中創建的所有對象都在堆中分配空間，堆只用來存儲對象，應用程序通過存放在堆棧（Stack）內的引用來訪問堆數據，一個JVM進程只能擁有一個堆。JVM通過-Xms和-Xmx參數分別設置堆的初始值和最大值。
此圖需要關注分析當前堆大小、堆大小的最大值、分配的內存，以及物理總內存和可用物理內存。