Java之GC

内存结构

JVM在启动后内存分成如下几个区域：

线程私有部分：

• PC, Program Counter Register， 当前执行指令地址，用于线程切换后恢复
• JVM Stack， 调用方法时存放栈帧，局部变量存放地，栈帧大小在编译器就确定，记录在class文件中method_info的属性表中，Stack默认大小为1M,可通过启动参数-Xss或new Thread时传递参数指定；栈内部不足时会抛StackOverFlowException， jstack pid可看出线程栈
• Native Method Stack，本地方法区，调用Native方法的Stack, HotSpot将其合并到了JVM Stack中

线程共享部分：

• Heap, 堆区，空间最大的区域，new Object对存放到此处，通过-Xms指定最小值，-Xmx指定最大值
• Method Area,方法区，存放类加载后的元信息即Class Object,方法区包含运行时常量池，其中存储各种基本数据类型及String类型的常量以及类方法、字段的符号引用，方法区默认64M,-XX:PermSize指定大小，-XX:MaxPermSize指定最大值

线程共享部分在多线程环境下需保证线程安全，当此部分内存不足时会抛OutOfMemoryException，GC也是在此部分上进行。

ThreadLocal数据在Heap区，每个线程在Heap区分配一块地方。

GC

GC作用在Heap区和Method Aera, GC 线程是守护线程，自动回收不再存活对象占用内存，为便于GC, 将线程共享部分划分为：

Heap区划分为Young Generation和Old Generation：

• Young Generation，新生代，对象从新生代消失为Minor/Young GC
• Old Generation, 老年代，对象从老年代消失为Major/Full GC

Method Area对应永久代：

• Permanet Generation,永久代GC也是Major GC

对不通的分代，根据数据生命周期不同，采用的算法也不同。

GC介绍可参看：http://www.importnew.com/1993.html

Minor GC

Minor GC运行在新生代，新生代被划分成三个部分：

• Eden
• Survivor
  
  • Survivor1(S#1)
  • Survivor2(S#2)

两个Survivor是因为在新生代进行GC时采用了复制算法，将一个Survivor区直接copy至另外一个，两倍空间，速度快，无内存碎片，此种算法适用于频繁创建、生命周期短的对象。

算法步骤：

1. 绝大多数刚刚被创建的对象会存放在Eden
2. Eden满后执行了一次GC，存活的对象被移动到其中一个Survivor
3. 此后，在Eden执行GC之后，存活的对象会被堆积在同一个Survivor
4. 当一个Survivor饱和，还在存活的对象会被移动到另一个Survivor,然后清空已经饱和的那个Survivor，同一时刻只有一个Survivor起作用，另一个Survivor为空

经过多次Young GC, Survivor中达到一定年龄的对象会进入老年代，对象年龄使用经过GC次数表示，记录在对象头中。

大多数对象生命周期较短，会在Young Generation消失，因此Minor GC发生频率较高，注重时间效率，空间换时间，采用复制-回收算法

Major GC

Major GC会发生在Old Generation和Permanent Generation，一般是在老年代或永久代空间满时发生，相对Youg GC执行频率低，一次执行时间久，因为存储的是大对象，且Old Generation空间一般比Young Generation大。

Major GC一般采用Mark-Sweep-Compact,即标记存活对象，清理无用对象，此时会产生内存碎片，压缩碎片整理，将存活对象聚集在一起，此种算法时间稍长，因此适用于生命周期长的对象。

Major GC具体执行的过程由配置的算法决定，任何一种算法都会导致SWT(Stop-The-Word),目前JDK提供以下几种算法：

1. Serial GC，-XX:+UseSerialGC
2. Parallel GC， -XX:+UseParallelGC
3. Parallel Old GC (Parallel Compacting GC)， -XX:+UseParallelOldGC
4. Concurrent Mark & Sweep GC (or “CMS”)，-XX:+UseConcMarkSweepGC
5. Garbage First (G1) GC

目前一般采用CMS算法，CMS是一种低延迟GC,SWT时间很短，但是需要占用更多内存和CPU,默认不支持压缩。

标记垃圾对象

查找垃圾对象主要有两种方式：

• 引用计数法

  在一个对象上存储其被引用次数，如果为0则是废弃对象，缺点是无法检测循环引用(A->B->A)

• 根搜索法

  从GC Root集合作为起点向下搜索，可达对象为存活对象，不可达对象则为垃圾对象。GC Root一般由Method Area、JVM Stack中引用组成，HotSpot使用跟搜索算法。

GC配置

一般会根据实际物理资源配置JVM启动参数决定内存各个分区的大小，当然也可采用默认配置，启动配置参数见上图。

JVM启动后可以通过jinfo pid 查看启动参数，也可通过jmap -heap pid查看实际分配的各部分比例大小。

这里有一份关键业务系统JVM参数推荐，当然也包含GC相关：

http://calvin1978.blogcn.com/articles/jvmoption-2.html

GC监控

GC可能会影响程序性能，因此需要关注GC具体执行情况，两种方式可监控GC执行情况：

• 记录GC明细
• 统计GC次数及时间

记录GC明细

GC是GC线程的行为，因此可在执行时通过日志形式记录GC明细， 在JVM启动参数中添加：

-verbos:gc-Xloggc:/xxx/gc.log-XX:+PrintGCDetails-XX:+PrintGCTimeStamps-XX:+PrintHeapAtGC-XX:+PrintGCDateStamps

统计GC次数及时间

jstat可统计GC执行情况，当然jstat也是根据GC执行时记录的明细汇总得到的, jstat -gc pid frequency count 会显示各分区的大小、使用情况以及GC执行次数和总时间。

GC监控参考：http://www.importnew.com/2057.html

GC调优

GC优化永远是最后一件事情，只有真正确认GC有问题才进行优化，盲目优化可能适得其反。以下文章详细介绍了何时该进行GC优化以及如何进行GC优化：

http://www.importnew.com/3146.html