一、深入理解JVM的內存結構及GC機制
1、JVM把內存分成如下區域：
（1）方法區（Method Area）
（2）堆區（Heap）
（3）虛擬機棧（VM Stack）
（4）本地方法棧（Native Method Stack）
（5）程序計數器（Program Counter Register）
其中的方法區和堆區，線程共享。
1.1 方法區（Method Area）
方法區存放了要加載的類的信息（如雷鳴、修飾符等）、靜態變量、構造函數、final定義的常量、類中的字段和方法等信息。方法區是全局共享的、在一定條件下一會被GC。當方法區超過他允許的大小時，就會拋出OutOfMemory:PermGen Space異常。
在Hotspot虛擬機中，這塊區域對應持久代（permanment Generation），一般來說，方法區上執行GC的情況很少，這是方法區被稱爲持久代的原因之一，但這不代表方法區上完全沒有GC，其上的GC主要針對常量池的回收和已加載類的卸載。在方法區上GC，條件相當苛刻而且困難。
運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法去的一部分，用於存儲編譯器生成的常量和引用。一般來說，常量的分配在編譯時就能確定，但也不完全是，也可以存儲在運行時期產生的常量。比如String類的intern（）方法，作用是String類維護了一個常量池，如果調用的字符“hello”已經在常量池中，則直接返回常量池中的地址，否則新建一個常量加入池中，並返回地址。
1.2 堆區（Heap）
堆區是GC最頻繁的，也是理解GC機制最重要的區域。堆區由所有線程共享，在虛擬機啓動時創建。堆區主要用於存放對象實例和數組，所有new出來的對象都存儲在該區域。
1.3 虛擬機棧（VM Stack）
虛擬機棧佔用的是操作系統內存，每個線程對應一個虛擬機棧，他是線程私有的，生命週期和線程一樣，每個方法被執行時產生一個棧幀（Stack Frame），棧幀用於存儲局部變量表、動態鏈接、操作數和方法出口等信息，當方法被調用時，棧幀入棧，當方法調用結束時，棧幀出棧。
局部變量表中存儲着方法相關的局部變量，包括各種基本數據類型及對象的引用地址等，因此他有個特點：內存空間可以在編譯期間就確定，運行時不再改變。
虛擬機棧定義了兩種異常類型：StackOverFlowError(棧溢出)和OutOfMemoryError（內存溢出）。如果線程調用的棧深度大於虛擬機允許的最大深度，則拋出StackOverFlowError；不過大多數虛擬機都允許動態擴展虛擬機棧的大小，所以線程可以一直申請棧，直到內存不足時，拋出OutOfMemoryError。
1.4 本地方法棧（Native Method Stack）
本地方法棧用於支持native方法的執行，存儲了每個native方法的執行狀態。本地方法棧和虛擬機棧他們的運行機制一致，唯一的區別是，虛擬機棧執行Java方法，本地方法棧執行native方法。在很多虛擬機中（如Sun的JDK默認的HotSpot虛擬機），會將虛擬機棧和本地方法棧一起使用。
1.5 程序計數器（Program Counter Register）
程序計數器是一個很小的內存區域，不在RAM上，而是直接劃分在CPU上，程序猿無法操作它，它的作用是：JVM在解釋字節碼（.class）文件時，存儲當前線程執行的字節碼行號，只是一種概念模型，各種JVM所採用的方式不一樣。字節碼解釋器工作時，就是通過改變程序計數器的值來取下一條要執行的指令，分支、循環、跳轉等基礎功能都是依賴此技術區完成的。
每個程序計數器只能記錄一個線程的行號，因此它是線程私有的。
如果程序當前正在執行的是一個java方法，則程序計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令地址，如果執行的是native方法，則計數器的值爲空，此內存區是唯一不會拋出OutOfMemoryError的區域。
2、GC機制
在上面介紹的五個內存區域中，有3個是不需要進行垃圾回收的：本地方法棧、程序計數器、虛擬機棧。因爲他們的生命週期是和線程同步的，隨着線程的銷燬，他們佔用的內存會自動釋放。所以，只有方法區和堆區需要進行垃圾回收，回收的對象就是那些不存在任何引用的對象。
2.1查找算法
經典的引用計數算法，每個對象添加到引用計數器，每被引用一次，計數器+1，失去引用，計數器-1，當計數器在一段時間內爲0時，即認爲該對象可以被回收了。但是這個算法有個明顯的缺陷：當兩個對象相互引用，但是二者都已經沒有作用時，理應把它們都回收，但是由於它們相互引用，不符合垃圾回收的條件，所以就導致無法處理掉這一塊內存區域。因此，Sun的JVM並沒有採用這種算法，而是採用一個叫——根搜索算法，如圖：
基本思想是：從一個叫GC Roots的根節點出發，向下搜索，如果一個對象不能達到GC Roots的時候，說明該對象不再被引用，可以被回收。如上圖中的Object5、Object6、Object7，雖然它們三個依然相互引用，但是它們其實已經沒有作用了，這樣就解決了引用計數算法的缺陷。
補充概念，在JDK1.2之後引入了四個概念：強引用、軟引用、弱引用、虛引用。
強引用：new出來的對象都是強引用，GC無論如何都不會回收，即使拋出OOM異常。
軟引用：只有當JVM內存不足時纔會被回收。
弱引用：只要GC,就會立馬回收，不管內存是否充足。
虛引用：可以忽略不計，JVM完全不會在乎虛引用，你可以理解爲它是來湊數的，湊夠”四大天王”。它唯一的作用就是做一些跟蹤記錄，輔助finalize函數的使用。
最後總結，什麼樣的類需要被回收：
①.該類的所有實例都已經被回收；
②.加載該類的ClassLoad已經被回收；
③.該類對應的反射類java.lang.Class對象沒有被任何地方引用。
2.2 內存分區
內存主要被分爲三塊：新生代（Youn Generation）、舊生代（Old Generation）、持久代（Permanent Generation）。三代的特點不同，導致他們使用的GC算法不同，新生代適合生命週期短，快速創建和銷燬的對象，舊生代適合生命週期較長的對象，持久代在Sun Hotspot虛擬機中指方法區（有些JVM根本沒有持久代這一說法）。
新生代（Youn Generation）：大致分爲Eden區和Survivor區，Survivor區又分爲大小相同的兩部分：FromSpace和ToSpace。新建的對象都是從新生代分配內存，Eden區不足的時候，會把存活的對象轉移到Survivor區。當新生代進行垃圾回收時會出發Minor GC（也稱作Youn GC）。
舊生代（Old Generation）：舊生代用於存放新生代多次回收依然存活的對象，如緩存對象。當舊生代滿了的時候就需要對舊生代進行回收，舊生代的垃圾回收稱作Major GC（也稱作Full GC）。
持久代（Permanent Generation）：在Sun 的JVM中就是方法區的意思，儘管大多數JVM沒有這一代。
2.3 GC算法
常見的GC算法：複製、標記-清除、標記-壓縮、分代收集算法
複製：複製算法採用的方式爲從根集合進行掃描，將存活的對象移動到一塊空閒的區域，如圖所示：
當存活的對象較少時，複製算法會比較高效（新生代的Eden區就是採用這種算法），其帶來的成本是需要一塊額外的空閒空間和對象的移動。
標記-清除：該算法採用的方式是從跟集合開始掃描，對存活的對象進行標記，標記完畢後，再掃描整個空間中未被標記的對象，並進行清除。標記和清除的過程如下：
上圖中藍色部分是有被引用的對象，褐色部分是沒有被引用的對象。在Marking階段，需要進行全盤掃描，這個過程是比較耗時的。
清除階段清理的是沒有被引用的對象，存活的對象被保留。
標記-清除動作不需要移動對象，且僅對不存活的對象進行清理，在空間中存活對象較多的時候，效率較高，但由於只是清除，沒有重新整理，因此會造成內存碎片。
標記-壓縮：該算法與標記-清除算法類似，都是先對存活的對象進行標記，但是在清除後會把活的對象向左端空閒空間移動，然後再更新其引用對象的指針，如下圖所示：
由於進行了移動規整動作，該算法避免了標記-清除的碎片問題，但由於需要進行移動，因此成本也增加了。（該算法適用於舊生代）
分代收集算法：當前商業虛擬機都採用這種算法。首先根據對象存活週期的不同將內存分爲幾塊即新生代、老年代，然後根據不同年代的特點，採用不同的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集時都有大量對象死去，只有少量存活，所以選擇了複製算法。而老年代中因爲對象存活率比較高，所以採用標記-整理算法(或者標記-清除算法)。
Minor GC
一般情況下，當新對象生成，並且在Eden申請空間失敗時，就會觸發Minor GC，對Eden區域進行GC，清除非存活對象，並且把尚且存活的對象移動到Survivor區。然後整理Survivor的兩個區。這種方式的GC是對年輕代的Eden區進行，不會影響到年老代。因爲大部分對象都是從Eden區開始的，同時Eden區不會分配的很大，所以Eden區的GC會頻繁進行。因而，一般在這裏需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能儘快空閒出來。
Full GC
對整個堆進行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因爲需要對整個堆進行回收，所以比Minor GC要慢，因此應該儘可能減少Full GC的次數。在對JVM調優的過程中，很大一部分工作就是對於FullGC的調節。有如下原因可能導致Full GC：
1.年老代（Tenured）被寫滿；
2.持久代（Perm）被寫滿；
3.System.gc()被顯示調用；
4.上一次GC之後Heap的各域分配策略動態變化。
Java常見的內存泄漏
- 數據庫連接，網絡連接，IO連接等沒有顯示調用close關閉，會導致內存泄露；
- 監聽器的使用，在釋放對象的同時沒有相應刪除監聽器的時候也可能導致內存泄露。