一 前言
本篇重點整理現在最普遍使用的垃圾回收算法，分代垃圾回收算法。
基於對對象生命週期分析後得出的垃圾回收算法。把對象分爲年青代、年老代、持久代，對不同生命週期的對象使用不同的算法（上述方式中的一個）進行回收。現在的垃圾回收器（從J2SE1.2開始）都是使用此算法的。
二 概念
JVM堆內存分爲2塊：Permanent Space 和 Heap Space。
Permanent 即 持久代（Permanent Generation），主要存放的是Java類定義信息，與垃圾收集器要收集的Java對象關係不大。
Heap = { Old + NEW = {Eden, from, to} }，Old 即 年老代（Old Generation），New 即 年輕代（Young Generation）。年老代和年輕代的劃分對垃圾收集影響比較大。
年輕代
所有新生成的對象首先都是放在年輕代。年輕代的目標就是儘可能快速的收集掉那些生命週期短的對象。年輕代一般分3個區，1個Eden區(一等)，2個Survivor區（from 和 to）。
大部分對象在Eden區中生成。當Eden區滿時，還存活的對象將被複制到Survivor區（兩個中的一個），當一個Survivor區滿時，此區的存活對象將被複制到另外一個Survivor區，當另一個Survivor區也滿了的時候，從前一個Survivor區複製過來的並且此時還存活的對象，將可能被複制到年老代。
2個Survivor區是對稱的，沒有先後關係，所以同一個Survivor區中可能同時存在從Eden區複製過來對象，和從另一個Survivor區複製過來的對象；而複製到年老區的只有從另一個Survivor區過來的對象。而且，因爲需要交換的原因，Survivor區至少有一個是空的。特殊的情況下，根據程序需要，Survivor區是可以配置爲多個的（多於2個），這樣可以增加對象在年輕代中的存在時間，減少被放到年老代的可能。
針對年輕代的垃圾回收即 Young GC。
年老代
在年輕代中經歷了N次（可配置）垃圾回收後仍然存活的對象，就會被複制到年老代中。因此，可以認爲年老代中存放的都是一些生命週期較長的對象。
針對年老代的垃圾回收即 Full GC。
持久代
用於存放靜態類型數據，如 Java Class, Method 等。持久代對垃圾回收沒有顯著影響。但是有些應用可能動態生成或調用一些Class，例如 Hibernate CGLib 等，在這種時候往往需要設置一個比較大的持久代空間來存放這些運行過程中動態增加的類型。
所以，當一組對象生成時，內存申請過程如下：
JVM會試圖爲相關Java對象在年輕代的Eden區中初始化一塊內存區域。
當Eden區空間足夠時，內存申請結束。否則執行下一步。
JVM試圖釋放在Eden區中所有不活躍的對象（Young GC）。釋放後若Eden空間仍然不足以放入新對象，JVM則試圖將部分Eden區中活躍對象放入Survivor區。
Survivor區被用來作爲Eden區及年老代的中間交換區域。當年老代空間足夠時，Survivor區中存活了一定次數的對象會被移到年老代。
當年老代空間不夠時，JVM會在年老代進行完全的垃圾回收（Full GC）。
Full GC後，若Survivor區及年老代仍然無法存放從Eden區複製過來的對象，則會導致JVM無法在Eden區爲新生成的對象申請內存，即出現“Out of Memory”。
OOM（“Out of Memory”）異常一般主要有如下2種原因：
1. 年老代溢出，表現爲：java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace
這是最常見的情況，產生的原因可能是：設置的內存參數Xmx過小或程序的內存泄露及使用不當問題。
例如循環上萬次的字符串處理、創建上千萬個對象、在一段代碼內申請上百M甚至上G的內存。還有的時候雖然不會報內存溢出，卻會使系統不間斷的垃圾回收，也無法處理其它請求。這種情況下除了檢查程序、打印堆內存等方法排查，還可以藉助一些內存分析工具，比如MAT就很不錯。
2. 持久代溢出，表現爲：java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace
通常由於持久代設置過小，動態加載了大量Java類而導致溢出 ，解決辦法唯有將參數 -XX:MaxPermSize 調大（一般256m能滿足絕大多數應用程序需求）。將部分Java類放到容器共享區（例如Tomcat share lib）去加載的辦法也是一個思路，但前提是容器裏部署了多個應用，且這些應用有大量的共享類庫
什麼情況下觸發垃圾回收
由於對象進行了分代處理，因此垃圾回收區域、時間也不一樣。GC有兩種類型：Scavenge GC(Young GC)和Full GC。
Scavenge 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Scavenge 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因爲需要對整個對進行回收，所以比Scavenge 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：
· 年老代（Tenured）被寫滿
· 持久代（Perm）被寫滿
· System.gc()被顯示調用
·上一次GC之後Heap的各域分配策略動態變化
堆大小設置
補充：設置參數可以全局和局部修改JVM大小。
1.局部修改：
首先編寫查看jvm內存代碼，程序比較簡單。編寫完成之後，在main方法上點擊右鍵--選擇 Run as--選擇Run Configurations對運行程序進行配置。
2.全局修改
windows-->Preference-->Installed JREs-
點擊Edit
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
年輕代的設置很關鍵
JVM中最大堆大小有三方面限制：相關操作系統的數據模型（32-bt還是64-bit）限制；系統的可用虛擬內存限制；系統的可用物理內存限制。32位系統下，一般限制在1.5G~2G；64爲操作系統對內存無限制。在Windows Server 2003 系統，3.5G物理內存，JDK5.0下測試，最大可設置爲1478m。
典型設置：
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g –Xss128k
-Xmx3550m：設置JVM最大可用內存爲3550M。
-Xms3550m：設置JVM促使內存爲3550m。此值可以設置與-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成後JVM重新分配內存。
-Xmn2g：設置年輕代大小爲2G。整個堆大小=年輕代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小爲64m，所以增大年輕代後，將會減小年老代大小。此值對系統性能影響較大，Sun官方推薦配置爲整個堆的3/8。
-Xss128k：設置每個線程的堆棧大小。JDK5.0以後每個線程堆棧大小爲1M，以前每個線程堆棧大小爲256K。更具應用的線程所需內存大小進行調整。在相同物理內存下，減小這個值能生成更多的線程。但是操作系統對一個進程內的線程數還是有限制的，不能無限生成，經驗值在3000~5000左右。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0
-XX:NewRatio=4:設置年輕代（包括Eden和兩個Survivor區）與年老代的比值（除去持久代）。設置爲4，則年輕代與年老代所佔比值爲1：4，年輕代佔整個堆棧的1/5
-XX:SurvivorRatio=4：設置年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值。設置爲4，則兩個Survivor區與一個Eden區的比值爲2:4，一個Survivor區佔整個年輕代的1/6
-XX:MaxPermSize=16m:設置持久代大小爲16m。
-XX:MaxTenuringThreshold=0：設置垃圾最大年齡。如果設置爲0的話，則年輕代對象不經過Survivor區，直接進入年老代。對於年老代比較多的應用，可以提高效率。如果將此值設置爲一個較大值，則年輕代對象會在Survivor區進行多次複製，這樣可以增加對象再年輕代的存活時間，增加在年輕代即被回收的概論。
回收器選擇
JVM給了三種選擇：串行收集器、並行收集器、併發收集器，但是串行收集器只適用於小數據量的情況，所以這裏的選擇主要針對並行收集器和併發收集器。默認情況下，JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他收集器需要在啓動時加入相應參數。JDK5.0以後，JVM會根據當前系統配置進行判斷。
吞吐量優先的並行收集器
如上文所述，並行收集器主要以到達一定的吞吐量爲目標，適用於科學技術和後臺處理等。
典型配置：
java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20
-XX:+UseParallelGC：選擇垃圾收集器爲並行收集器。此配置僅對年輕代有效。即上述配置下，年輕代使用併發收集，而年老代仍舊使用串行收集。
-XX:ParallelGCThreads=20：配置並行收集器的線程數，即：同時多少個線程一起進行垃圾回收。此值最好配置與處理器數目相等。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC
-XX:+UseParallelOldGC：配置年老代垃圾收集方式爲並行收集。JDK6.0支持對年老代並行收集。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:MaxGCPauseMillis=100:設置每次年輕代垃圾回收的最長時間，如果無法滿足此時間，JVM會自動調整年輕代大小，以滿足此值。
n java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：設置此選項後，並行收集器會自動選擇年輕代區大小和相應的Survivor區比例，以達到目標系統規定的最低相應時間或者收集頻率等，此值建議使用並行收集器時，一直打開。
響應時間優先的併發收集器
如上文所述，併發收集器主要是保證系統的響應時間，減少垃圾收集時的停頓時間。適用於應用服務器、電信領域等。
典型配置：
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
-XX:+UseConcMarkSweepGC：設置年老代爲併發收集。測試中配置這個以後，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此時年輕代大小最好用-Xmn設置。
-XX:+UseParNewGC: 設置年輕代爲並行收集。可與CMS收集同時使用。JDK5.0以上，JVM會根據系統配置自行設置，所以無需再設置此值。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由於併發收集器不對內存空間進行壓縮、整理，所以運行一段時間以後會產生“碎片”，使得運行效率降低。此值設置運行多少次GC以後對內存空間進行壓縮、整理。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打開對年老代的壓縮。可能會影響性能，但是可以消除碎片
輔助信息
JVM提供了大量命令行參數，打印信息，供調試使用。主要有以下一些：
-XX:+PrintGC：輸出形式：[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
-XX:+PrintGCDetails：輸出形式：[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGC：PrintGCTimeStamps可與上面兩個混合使用
輸出形式：11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime：打印每次垃圾回收前，程序未中斷的執行時間。可與上面混合使用。輸出形式：Application time: 0.5291524 seconds
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime：打印垃圾回收期間程序暫停的時間。可與上面混合使用。輸出形式：Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds
-XX:PrintHeapAtGC: 打印GC前後的詳細堆棧信息。輸出形式：
34.702: [GC {Heap before gc invocations=7:
def new generation total 55296K, used 52568K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)
eden space 49152K, 99% used [0x1ebd0000, 0x21bce430, 0x21bd0000)
from space 6144K, 55% used [0x221d0000, 0x22527e10, 0x227d0000)
to space 6144K, 0% used [0x21bd0000, 0x21bd0000, 0x221d0000)
tenured generation total 69632K, used 2696K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)
the space 69632K, 3% used [0x227d0000, 0x22a720f8, 0x22a72200, 0x26bd0000)
compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)
the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)
ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)
rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)
34.735: [DefNew: 52568K->3433K(55296K), 0.0072126 secs] 55264K->6615K(124928K)Heap after gc invocations=8:
def new generation total 55296K, used 3433K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)
eden space 49152K, 0% used [0x1ebd0000, 0x1ebd0000, 0x21bd0000)
from space 6144K, 55% used [0x21bd0000, 0x21f2a5e8, 0x221d0000)
to space 6144K, 0% used [0x221d0000, 0x221d0000, 0x227d0000)
tenured generation total 69632K, used 3182K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)
the space 69632K, 4% used [0x227d0000, 0x22aeb958, 0x22aeba00, 0x26bd0000)
compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)
the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)
ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)
rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)
}
, 0.0757599 secs]
-Xloggc:filename:與上面幾個配合使用，把相關日誌信息記錄到文件以便分析。
常見配置彙總
堆設置
-Xms:初始堆大小
-Xmx:最大堆大小
-XX:NewSize=n:設置年輕代大小
-XX:NewRatio=n:設置年輕代和年老代的比值。如:爲3，表示年輕代與年老代比值爲1：3，年輕代佔整個年輕代年老代和的1/4
-XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區與兩個Survivor區的比值。注意Survivor區有兩個。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區佔整個年輕代的1/5
-XX:MaxPermSize=n:設置持久代大小
收集器設置
-XX:+UseSerialGC:設置串行收集器
-XX:+UseParallelGC:設置並行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC:設置並行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC:設置併發收集器
垃圾回收統計信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename
並行收集器設置
-XX:ParallelGCThreads=n:設置並行收集器收集時使用的CPU數。並行收集線程數。
-XX:MaxGCPauseMillis=n:設置並行收集最大暫停時間
-XX:GCTimeRatio=n:設置垃圾回收時間佔程序運行時間的百分比。公式爲1/(1+n)
併發收集器設置
-XX:+CMSIncrementalMode:設置爲增量模式。適用於單CPU情況。
-XX:ParallelGCThreads=n:設置併發收集器年輕代收集方式爲並行收集時，使用的CPU數。並行收集線程數。
調優總結
年輕代大小選擇
響應時間優先的應用：儘可能設大，直到接近系統的最低響應時間限制（根據實際情況選擇）。在此種情況下，年輕代收集發生的頻率也是最小的。同時，減少到達年老代的對象。
吞吐量優先的應用：儘可能的設置大，可能到達Gbit的程度。因爲對響應時間沒有要求，垃圾收集可以並行進行，一般適合8CPU以上的應用。
年老代大小選擇
響應時間優先的應用：年老代使用併發收集器，所以其大小需要小心設置，一般要考慮併發會話率和會話持續時間等一些參數。如果堆設置小了，可以會造成內存碎片、高回收頻率以及應用暫停而使用傳統的標記清除方式；如果堆大了，則需要較長的收集時間。最優化的方案，一般需要參考以下數據獲得：
1. 併發垃圾收集信息
2. 持久代併發收集次數
3. 傳統GC信息
4. 花在年輕代和年老代回收上的時間比例
減少年輕代和年老代花費的時間，一般會提高應用的效率
吞吐量優先的應用
一般吞吐量優先的應用都有一個很大的年輕代和一個較小的年老代。原因是，這樣可以儘可能回收掉大部分短期對象，減少中期的對象，而年老代盡存放長期存活對象。
較小堆引起的碎片問題
因爲年老代的併發收集器使用標記、清除算法，所以不會對堆進行壓縮。當收集器回收時，他會把相鄰的空間進行合併，這樣可以分配給較大的對象。但是，當堆空間較小時，運行一段時間以後，就會出現“碎片”，如果併發收集器找不到足夠的空間，那麼併發收集器將會停止，然後使用傳統的標記、清除方式進行回收。如果出現“碎片”，可能需要進行如下配置：
1. -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用併發收集器時，開啓對年老代的壓縮。
2. -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置開啓的情況下，這裏設置多少次Full GC後，對年老代進行壓縮
參考： pengjiaheng