Gabage Collection (GC)

JVM的内存管理结构

所有线程共享的数据区分为JVM堆内存和方法区 （Method Area）：

堆内存划分成新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）2个区域。方法区（Method Area）又称永久代（Permanent Generation）。

Young Generation

新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，而Survivor由FromSpace和ToSpace组成，也有些人喜欢用Survivor1和Survivor2来代替。

问题
为什么要将Young划分为Eden、Survivor1、Survivor2这三块，给出的解释是:　　
　　“Young中的98%的对象都是死朝生夕死，所以将内存分为一块较大的Eden和两块较小的Survivor1、Survivor2，JVM默认分配是8:1:1，每次调用Eden和其中的Survivor1（FromSpace），当发生回收的时候，将Eden和Survivor1（FromSpace）存活的对象复制到Survivor2（ToSpace），然后直接清理掉Eden和Survivor1的空间。”

新生代：新创建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足时，触发Minor GC，这时会把存活的对象转移进Survivor区。

Old Generation

老年代用于存放经过多次Minor GC之后依然存活的对象。

Permanent Generation

又称方法区（Method Area）存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，同时方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC，当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。在JDK8之前的HotSpot实现中，类的元数据如方法数据、方法信息（字节码，栈和变量大小）、运行时常量池、已确定的符号引用和虚方法表等被保存在永久代中，32位默认永久代的大小为64M，64位默认为85M，可以通过参数-XX:MaxPermSize进行设置，一旦类的元数据超过了永久代大小，就会抛出OOM异常。虚拟机团队在JDK8的HotSpot中，把永久代从Java堆中移除了，并把类的元数据直接保存在本地内存区域（堆外内存），称之为元空间。

判断对象是否存活：

1. 引用计数法

给每个对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值加１；当引用失效时，计数器值减１。任何时刻计数器值为０的对象就是不可能再被使用的。

问题
为什么主流的Java虚拟机里面都没有选用这种算法呢？其中最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。

2. 可达性分析法

基本思路是：通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下探索，搜索所走过的路径称为“引用链”，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

GC Roots

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

1. 虚拟机栈（栈中的本地变量表）中引用的对象；2. 方法区中静态变量引用的对象；3. 方法区中常量引用的对象；4. 本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象

垃圾收集算法

Mark-Sweep（标记-清除）算法

最基础的垃圾回收算法。标记-清除算法分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。标记阶段的任务是标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就是回收被标记的对象所占用的空间。具体过程如下图所示：

实现起来比较容易，但有一个比较严重的问题就是容易产生内存碎片，后续为大对象分配空间时无法找到足够的空间而提前触发新的一次GC。　

Copying（复制）算法

为了解决Mark-Sweep算法的缺陷，Copying算法就被提了出来。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。具体过程如下图所示：

这种算法虽然实现简单，运行高效且不容易产生内存碎片，但是却对内存空间的使用做出了高昂的代价，因为能够使用的内存缩减到原来的一半。　很显然，Copying算法的效率跟存活对象的数目多少有很大的关系，如果存活对象很多，那么Copying算法的效率将会大大降低。我们的新生代GC算法采用的是这种算法。

Mark-Compact（标记-整理）算法

为了解决Copying算法的缺陷，充分利用内存空间，提出了Mark-Compact算法。该算法标记阶段和Mark-Sweep一样，但是在完成标记之后，它不是直接清理可回收对象，而是将存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。具体过程如下图所示：

在一般厂商JVM中老年代GC就是使用的这种算法，由于老年代的特点是每次回收都只回收少量对象。

Generation算法　

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根据对象存活的生命周期将内存划分为若干个不同的区域。一般情况下将堆区划分为老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特点是每次垃圾收集时只有少量对象需要被回收，而新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量的对象需要被回收，那么就可以根据不同代的特点采取最适合的收集算法。

一般新生代都采取Copying算法，老年代的特点是每次回收都只回收少量对象，一般使用的是Mark-Compact算法。

垃圾收集器

上面的是一些常见的垃圾收集算法，垃圾收集算法是内存回收的理论基础，而垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

在JDK7中，有5种垃圾收集器:

• Serial收集器
• Parallel收集器
• Parallel Old收集器 (Parallel Compacting GC)收集器
• Concurrent Mark & Sweep GC (or “CMS”)收集器
• Garbage First (G1) 收集器

GC

Minor GC

　　新生代的GC（Minor GC）：新生代通常存活时间较短基于Copying算法进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和FromSpace或ToSpace之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从Eden到Survivor，最后到老年代。

Major GC

　　老年代的GC（Major GC/Full GC）：老年代与新生代不同，老年代对象存活的时间比较长、比较稳定，因此采用标记(Mark)算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并、要么标记出来便于下次进行分配，总之目的就是要减少内存碎片带来的效率损耗。

前辈经验

1.JVM堆的大小决定了GC的运行时间。如果JVM堆的大小超过一定的限度，那么GC的运行时间会很长。
2.对象生存的时间越长，GC需要的回收时间也越长，影响了回收速度。
3.大多数对象都是短命的，所以，如果能让这些对象的生存期在GC的一次运行周期内，wonderful！
4.应用程序中，建立与释放对象的速度决定了垃圾收集的频率。
5.如果GC一次运行周期超过3-5秒，这会很影响应用程序的运行，如果可以，应该减少JVM堆的大小了。
6.前辈经验之谈：通常情况下，JVM堆的大小应为物理内存的80%。

Reference

• http://www.cnblogs.com/wjtaigwh/p/6635484.html
• http://www.jianshu.com/p/6d1cbe38a54b
• http://blog.csdn.net/jiafu1115/article/details/7024323