Tips of 垃圾回收 (GC)

绝大多数的对象都在young generation被分配，也在young generation被收回，当younggeneration的空间被填满，GC会进行minor collection(次回收)，这次回收不涉及到heap中的其他generation，minor collection根据weak generational hypothesis(弱年代假设)来假设young generation中大量的对象都是垃圾需要回收，minor collection的过程会非常快。young generation中未被回收的对象被转移到tenuredgeneration，然而tenured generation也会被填满，最终触发major collection(主回收)，这次回收针对整个heap，由于涉及到大量对象，所以比minor collection慢得多。

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名词GC Roots正是分析这一过程的起点，例如JVM自己确保了对象的可到达性(那么JVM就是GCRoots)，所以GC Roots就是这样在内存中保持对象可到达性的，一旦不可到达，即被回收。通常GCRoots是一个在current thread(当前线程)的call stack(调用栈)上的对象（例如方法参数和局部变量），或者是线程自身或者是systemclass loader(系统类加载器)加载的类以及nativecode(本地代码)保留的活动对象。所以GC Roots是分析对象为何还存活于内存中的利器。

用Strong Ref，存储大量数据，直到heap撑破；利用interned strings（或者class loader加载大量的类）把perm gen撑破。

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垃圾回收（GC）的产生过程

     1）新生成的对象在Eden区完成内存分配

     2）当Eden区满了，再创建对象，会因为申请不到空间，触发minorGC，进行young(eden+1survivor)区的垃圾回收。（为什么是eden+1survivor：两个survivor中始终有一个survivor是空的，空的那个被标记成To Survivor）

     3）minorGC时，Eden不能被回收的对象被放入到空的survivor（也就是放到To Survivor，同时Eden肯定会被清空），另一个survivor（From Survivor）里不能被GC回收的对象也会被放入这个survivor（To Survivor），始终保证一个survivor是空的。（MinorGC完成之后，To Survivor 和 From Survivor的标记互换）

     4）当做第3步的时候，如果发现存放对象的那个survivor满了，则这些对象被copy到old区，或者survivor区没有满，但是有些对象已经足够Old（通过XX:MaxTenuringThreshold参数来设置），也被放入Old区

     5）当Old区被放满的之后，进行完整的垃圾回收，即 Full GC

     6）FullGC时，整理的是Old Generation里的对象，把存活的对象放入到PermanentGeneration里(X)。

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Java中四种垃圾回收算法

Java中有四种不同的回收算法，对应的启动参数为
–XX:+UseSerialGC
–XX:+UseParallelGC
–XX:+UseParallelOldGC
–XX:+UseConcMarkSweepGC

1. Serial Collector
大部分平台或者强制 java -client 默认会使用这种。
young generation算法 = serial
old generation算法 = serial (mark-sweep-compact)
这种方法的缺点很明显，stop-the-world, 速度慢。服务器应用不推荐使用。

2. Parallel Collector
在linux x64上默认是这种，其他平台要加 java -server 参数才会默认选用这种。
young = parallel，多个thread同时copy
old = mark-sweep-compact = 1
优点：新生代回收更快。因为系统大部分时间做的gc都是新生代的，这样提高了throughput(cpu用于非gc时间)
缺点：当运行在8G/16G server上old generation live object太多时候pause time过长

3. Parallel CompactCollector (ParallelOld)
young = parallel = 2
old = parallel，分成多个独立的单元，如果单元中live object少则回收，多则跳过
优点：old generation上性能较 parallel 方式有提高
缺点：大部分server系统old generation内存占用会达到60%-80%, 没有那么多理想的单元live object很少方便迅速回收，同时compact方面开销比起parallel并没明显减少。

4. ConcurentMark-Sweep(CMS) Collector
young generation = parallel collector = 2
old = cms
同时不做 compact 操作。
优点：pause time会降低, pause敏感但CPU有空闲的场景需要建议使用策略4.
缺点：cpu占用过多，cpu密集型服务器不适合。另外碎片太多，每个object的存储都要通过链表连续跳n个地方，空间浪费问题也会增大。

几条经验：
1. java -server
2. 设置Xms=Xmx=3/4物理内存
3. 如果是CPU密集型服务器，使用–XX:+UseParallelOldGC, 否则–XX:+UseConcMarkSweepGC
4. 新生代（Xmn设置）,Parallel/ParallelOld可设大于Xmx1/4，CMS可设小，小于Xmx1/4
5. 优化程序，特别是每个用户的session中的集合类等。我们的一个模块中session中曾经为每个用户使用了一个ConcurrentHashMap, 里面通常只有几条记录，后来改成数组之后，每台机大概节约了1~2G内存。

不过总的说来，Java的GC算法感觉是业界最成熟的，目前很多其他语言或者框架也都支持GC了，但大多数都是只达到Java Serial gc这种层面，甚至分generation都未考虑。JDK7里面针对CMS又进行了一种改进，会采用一种G1(Garbage-First Garbage Collection)的算法。实际上Garbage-Firstpaper(PDF) 2004年已经出来了，相信到JDK7已经可以用于严格生产环境，有时间也会进一步介绍一下G1。
另外在今年的Sun Tech Days上JoeyShen讲的Improving Java Performance(PDF)也是一个很好的Java GC调优的入门教程。

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虚拟机规范不要求实现永久代的垃圾回收，原因有二：

1、该区域上的垃圾少，回收的性价比非常低；

2、判断一个类是否为垃圾比判断一个对象是否为垃圾昂贵得多，复杂度高。

鉴于此，我们对该区域的垃圾回收别报希望，只要记住一点就行了：永久代上不会主动进行垃圾回收。因此，在日常开发的过程中，尤其是在struts、hibernate等框架的使用上一定要留意，不要让动态生成的类占满了永久代区域。

开启永久代的gc：-XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+CMSPermGenSweepingEnabled

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关于shallow size、retained size

Shallow size就是对象本身占用内存的大小，不包含对其他对象的引用，也就是对象头加成员变量（不是成员变量的值）的总和。在32位系统上，对象头占用8字节，int占用4字节，不管成员变量（对象或数组）是否引用了其他对象（实例）或者赋值为null它始终占用4字节。故此，对于String对象实例来说，它有三个int成员（3*4=12字节）、一个char[]成员（1*4=4字节）以及一个对象头（8字节），总共3*4 +1*4+8=24字节。根据这一原则，对String a=”rosen jiang”来说，实例a的shallowsize也是24字节。

 Retainedsize是该对象自己的shallow size，加上从该对象能直接或间接访问到对象的shallow size之和。换句话说，retained size是该对象被GC之后所能回收到内存的总和。