CONAN ZONE

一、相關(guān)概念

基本回收算法

1. 引用計數(shù)（Reference Counting）
   比較古老的回收算法。原理是此對象有一個引用，即增加一個計數(shù)，刪除一個引用則減少一個計數(shù)。垃圾回收時，只用收集計數(shù)為0的對象。此算法最致命的是無法處理循環(huán)引用的問題。
2. 標記-清除（Mark-Sweep）
   此算法執(zhí)行分兩階段。第一階段從引用根節(jié)點開始標記所有被引用的對象，第二階段遍歷整個堆，把未標記的對象清除。此算法需要暫停整個應(yīng)用，同時，會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
3. 復制（Copying）
   此 算法把內(nèi)存空間劃為兩個相等的區(qū)域，每次只使用其中一個區(qū)域。垃圾回收時，遍歷當前使用區(qū)域，把正在使用中的對象復制到另外一個區(qū)域中。次算法每次只處理 正在使用中的對象，因此復制成本比較小，同時復制過去以后還能進行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不過出現(xiàn)“碎片”問題。當然，此算法的缺點也是很明顯的，就是需要兩倍 內(nèi)存空間。
4. 標記-整理（Mark-Compact）
   此算法結(jié)合了“標記-清除”和“復 制”兩個算法的優(yōu)點。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點開始標記所有被引用對象，第二階段遍歷整個堆，把清除未標記對象并且把存活對象“壓縮”到堆的其中一 塊，按順序排放。此算法避免了“標記-清除”的碎片問題，同時也避免了“復制”算法的空間問題。
5. 增量收集（Incremental Collecting）
   實施垃圾回收算法，即：在應(yīng)用進行的同時進行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器沒有使用這種算法的。
6. 分代（Generational Collecting）
   基于對對象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把對象分為年青代、年老代、持久代，對不同生命周期的對象使用不同的算法（上述方式中的一個）進行回收。現(xiàn)在的垃圾回收器（從J2SE1.2開始）都是使用此算法的。

如上圖所示，為Java堆中的各代分布。

1. Young（年輕代）
   年 輕代分三個區(qū)。一個Eden區(qū)，兩個Survivor區(qū)。大部分對象在Eden區(qū)中生成。當Eden區(qū)滿時，還存活的對象將被復制到Survivor區(qū) （兩個中的一個），當這個Survivor區(qū)滿時，此區(qū)的存活對象將被復制到另外一個Survivor區(qū)，當這個Survivor去也滿了的時候，從第一 個Survivor區(qū)復制過來的并且此時還存活的對象，將被復制“年老區(qū)(Tenured)”。需要注意，Survivor的兩個區(qū)是對稱的，沒先后關(guān) 系，所以同一個區(qū)中可能同時存在從Eden復制過來 對象，和從前一個Survivor復制過來的對象，而復制到年老區(qū)的只有從第一個Survivor去過來的對象。而且，Survivor區(qū)總有一個是空 的。
2. Tenured（年老代）
   年老代存放從年輕代存活的對象。一般來說年老代存放的都是生命期較長的對象。
3. Perm（持久代）
   用 于存放靜態(tài)文件，如今Java類、方法等。持久代對垃圾回收沒有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate等， 在這種時候需要設(shè)置一個比較大的持久代空間來存放這些運行過程中新增的類。持久代大小通過-XX:MaxPermSize=<N>進行設(shè)置。

1. Scavenge GC
   一般情況下，當新對象生成，并且在Eden申請空間失敗時，就好觸發(fā)Scavenge GC，堆Eden區(qū)域進行GC，清除非存活對象，并且把尚且存活的對象移動到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個區(qū)。
2. Full GC
   對整個堆進行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC。有如下原因可能導致Full GC：
   • Tenured被寫滿
   • Perm域被寫滿
   • System.gc()被顯示調(diào)用
   • 上一次GC之后Heap的各域分配策略動態(tài)變化

分代垃圾回收過程演示

二、垃圾回收器

目前的收集器主要有三種：串行收集器、并行收集器、并發(fā)收集器 。

1. 串行收集器
   
   使用單線程處理所有垃圾回收工作，因為無需多線程交互，所以效率比較高。但是，也無法使用多處理器的優(yōu)勢，所以此收集器適合單處理器機器。當然，此收集器也可以用在小數(shù)據(jù)量（100M 左右）情況下的多處理器機器上。可以使用-XX:+UseSerialGC 打開。
   
2. 并行收集器
   
   1. 對年輕代進行并行垃圾回收，因此可以減少垃圾回收時間。一般在多線程多處理器機器上使用。使用-XX:+UseParallelGC .打開。并行收集器在J2SE5.0第六6更新上引入，在Java SE6.0中進行了增強--可以堆年老代進行并行收集。如果年老代不使用并發(fā)收集的話，是使用單線程進行垃圾回收 ，因此會制約擴展能力。使用-XX:+UseParallelOldGC 打開。
   2. 使用-XX:ParallelGCThreads=<N> 設(shè)置并行垃圾回收的線程數(shù)。此值可以設(shè)置與機器處理器數(shù)量相等 。
   3. 此收集器可以進行如下配置：
      • 最大垃圾回收暫停: 指定垃圾回收時的最長暫停時間，通過-XX:MaxGCPauseMillis=<N> 指定。<N>為毫秒.如果指定了此值的話，堆大小和垃圾回收相關(guān)參數(shù)會進行調(diào)整以達到指定值 。設(shè)定此值可能會減少應(yīng)用的吞吐量。
      • 吞吐量: 吞吐量為垃圾回收時間與非垃圾回收時間的比值 ，通過-XX:GCTimeRatio=<N> 來設(shè)定，公式為1/（1+N） 。例如，-XX:GCTimeRatio=19時，表示5%的時間用于垃圾回收。默認情況為99，即1%的時間用于垃圾回收。
3. 并發(fā)收集器
   可以保證大部分工作都并發(fā)進行（應(yīng)用不停止），垃圾回收只暫停很少的時間，此收集器適合對響應(yīng)時間要求比較高的中、大規(guī)模應(yīng)用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC 打開。
   
   1. 并 發(fā)收集器主要減少年老代的暫停時間，他在應(yīng)用不停止的情況下使用獨立的垃圾回收線程，跟蹤可達對象。在每個年老代垃圾回收周期中，在收集初期并發(fā)收集器會 對整個應(yīng)用進行簡短的暫停，在收集中還會再暫停一次。第二次暫停會比第一次稍長，在此過程中多個線程同時進行垃圾回收工作。
   2. 并發(fā)收集器使用處理器換來短暫的停頓時間 。在一個N個處理器的系統(tǒng)上，并發(fā)收集部分使用K/N 個可用處理器進行回收，一般情況下1<=K<=N/4 。
   3. 在只有一個處理器的主機上使用并發(fā)收集器 ，設(shè)置為incremental mode 模式也可獲得較短的停頓時間。
   4. 浮動垃圾 ：由于在應(yīng)用運行的同時進行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收進行完成時產(chǎn)生，這樣就造成了“Floating Garbage”，這些垃圾需要在下次垃圾回收周期時才能回收掉。所以，并發(fā)收集器一般需要20% 的預留空間用于這些浮動垃圾。
   5. Concurrent Mode Failure ：并發(fā)收集器在應(yīng)用運行時進行收集，所以需要保證堆在垃圾回收的這段時間有足夠的空間供程序使用，否則，垃圾回收還未完成，堆空間先滿了。這種情況下將會發(fā)生“并發(fā)模式失敗”，此時整個應(yīng)用將會暫停，進行垃圾回收。
   6. 啟動并發(fā)收集器 ：因為并發(fā)收集在應(yīng)用運行時進行收集，所以必須保證收集完成之前有足夠的內(nèi)存空間供程序使用，否則會出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”。通過設(shè)置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N> 指定還有多少剩余堆時開始執(zhí)行并發(fā)收集
4. 小結(jié)
   • 串行處理器：
      --適用情況：數(shù)據(jù)量比較小（100M左右）；單處理器下并且對響應(yīng)時間無要求的應(yīng)用。
      --缺點：只能用于小型應(yīng)用
   • 并行處理器：
      --適用情況：“對吞吐量有高要求”，多CPU、對應(yīng)用響應(yīng)時間無要求的中、大型應(yīng)用。舉例：后臺處理、科學計算。
      --缺點：應(yīng)用響應(yīng)時間可能較長
   • 并發(fā)處理器：
      --適用情況：“對響應(yīng)時間有高要求”，多CPU、對應(yīng)用響應(yīng)時間有較高要求的中、大型應(yīng)用。舉例：Web服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器、電信交換、集成開發(fā)環(huán)境。

1. 堆大小設(shè)置
   JVM 中最大堆大小有三方面限制：相關(guān)操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型（32-bt還是64-bit）限制；系統(tǒng)的可用虛擬內(nèi)存限制；系統(tǒng)的可用物理內(nèi)存限制。32位系統(tǒng) 下，一般限制在1.5G~2G；64為操作系統(tǒng)對內(nèi)存無限制。我在Windows Server 2003 系統(tǒng)，3.5G物理內(nèi)存，JDK5.0下測試，最大可設(shè)置為1478m。
   典型設(shè)置：
   • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k
- Xmx3550m ：設(shè)置JVM最大可用內(nèi)存為3550M。
-Xms3550m ：設(shè)置JVM促使內(nèi)存為3550m。此值可以設(shè)置與-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配內(nèi)存。
-Xmn2g ：設(shè)置年輕代大小為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為64m，所以增大年輕代后，將會減小年老代大小。此值對系統(tǒng)性能影響較大，Sun官方推薦配置為整個堆的3/8。
-Xss128k ： 設(shè)置每個線程的堆棧大小。JDK5.0以后每個線程堆棧大小為1M，以前每個線程堆棧大小為256K。更具應(yīng)用的線程所需內(nèi)存大小進行調(diào)整。在相同物理內(nèi) 存下，減小這個值能生成更多的線程。但是操作系統(tǒng)對一個進程內(nèi)的線程數(shù)還是有限制的，不能無限生成，經(jīng)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(shè)置年輕代（包括Eden和兩個Survivor區(qū)）與年老代的比值（除去持久代）。設(shè)置為4，則年輕代與年老代所占比值為1：4，年輕代占整個堆棧的1/5
-XX:SurvivorRatio=4 ：設(shè)置年輕代中Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比值。設(shè)置為4，則兩個Survivor區(qū)與一個Eden區(qū)的比值為2:4，一個Survivor區(qū)占整個年輕代的1/6
     -XX:MaxPermSize=16m :設(shè)置持久代大小為16m。
     -XX:MaxTenuringThreshold=0 ：設(shè)置垃圾最大年齡。如果設(shè)置為0的話，則年輕代對象不經(jīng)過Survivor區(qū)，直接進入年老代 。對于年老代比較多的應(yīng)用，可以提高效率。如果將此值設(shè)置為一個較大值，則年輕代對象會在Survivor區(qū)進行多次復制，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。
2. 回收器選擇
   JVM給了三種選擇：串行收集器、并行收集器、并發(fā)收集器 ，但是串行收集器只適用于小數(shù)據(jù)量的情況，所以這里的選擇主要針對并行收集器和并發(fā)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啟動時加入相應(yīng)參數(shù)。JDK5.0以后，JVM會根據(jù)當前系統(tǒng)配置 進行判斷。
   1. 吞吐量優(yōu)先 的并行收集器
      如上文所述，并行收集器主要以到達一定的吞吐量為目標，適用于科學技術(shù)和后臺處理等。
      典型配置 ：
      • java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20
-XX:+UseParallelGC ：選擇垃圾收集器為并行收集器。此配置僅對年輕代有效。即上述配置下，年輕代使用并發(fā)收集，而年老代仍舊使用串行收集。
-XX:ParallelGCThreads=20 ：配置并行收集器的線程數(shù)，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(shù)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為并行收集。JDK6.0支持對年老代并行收集。

      • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC  -XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:MaxGCPauseMillis=100 : 設(shè)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(diào)整年輕代大小，以滿足此值。

      • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC  -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
        -XX:+UseAdaptiveSizePolicy ：設(shè)置此選項后，并行收集器會自動選擇年輕代區(qū)大小和相應(yīng)的Survivor區(qū)比例，以達到目標系統(tǒng)規(guī)定的最低相應(yīng)時間或者收集頻率等，此值建議使用并行收集器時，一直打開。
        
   2. 響應(yīng)時間優(yōu)先 的并發(fā)收集器
      如上文所述，并發(fā)收集器主要是保證系統(tǒng)的響應(yīng)時間，減少垃圾收集時的停頓時間。適用于應(yīng)用服務(wù)器、電信領(lǐng)域等。
      典型配置 ：
      • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
-XX:+UseConcMarkSweepGC ：設(shè)置年老代為并發(fā)收集。測試中配置這個以后， -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(shè)置。
-XX:+UseParNewGC : 設(shè)置年輕代為并行收集。可與CMS收集同時使用。JDK5.0以上，JVM會根據(jù)系統(tǒng)配置自行設(shè)置，所以無需再設(shè)置此值。
      • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
        -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction ：由于并發(fā)收集器不對內(nèi)存空間進行壓縮、整理，所以運行一段時間以后會產(chǎn)生“碎片”，使得運行效率降低。此值設(shè)置運行多少次GC以后對內(nèi)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
        
3. 輔助信息
   JVM提供了大量命令行參數(shù)，打印信息，供調(diào)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(zhí)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前后的詳細堆棧信息
     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(guān)日志信息記錄到文件以便分析。
4. 常見配置匯總
   1. 堆設(shè)置
      • -Xms :初始堆大小
      • -Xmx :最大堆大小
      • -XX:NewSize=n :設(shè)置年輕代大小
      • -XX:NewRatio=n: 設(shè)置年輕代和年老代的比值。如:為3，表示年輕代與年老代比值為1：3，年輕代占整個年輕代年老代和的1/4
      • -XX:SurvivorRatio=n :年輕代中Eden區(qū)與兩個Survivor區(qū)的比值。注意Survivor區(qū)有兩個。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區(qū)占整個年輕代的1/5
      • -XX:MaxPermSize=n :設(shè)置持久代大小
   2. 收集器設(shè)置
      • -XX:+UseSerialGC :設(shè)置串行收集器
      • -XX:+UseParallelGC :設(shè)置并行收集器
      • -XX:+UseParalledlOldGC :設(shè)置并行年老代收集器
      • -XX:+UseConcMarkSweepGC :設(shè)置并發(fā)收集器
   3. 垃圾回收統(tǒng)計信息
      • -XX:+PrintGC
      • -XX:+PrintGCDetails
      • -XX:+PrintGCTimeStamps
      • -Xloggc:filename
   4. 并行收集器設(shè)置
      • -XX:ParallelGCThreads=n :設(shè)置并行收集器收集時使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。
      • -XX:MaxGCPauseMillis=n :設(shè)置并行收集最大暫停時間
      • -XX:GCTimeRatio=n :設(shè)置垃圾回收時間占程序運行時間的百分比。公式為1/(1+n)
   5. 并發(fā)收集器設(shè)置
      • -XX:+CMSIncrementalMode :設(shè)置為增量模式。適用于單CPU情況。
      • -XX:ParallelGCThreads=n :設(shè)置并發(fā)收集器年輕代收集方式為并行收集時，使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

1. 年輕代大小選擇
   • 響應(yīng)時間優(yōu)先的應(yīng)用 ：盡可能設(shè)大，直到接近系統(tǒng)的最低響應(yīng)時間限制 （根據(jù)實際情況選擇）。在此種情況下，年輕代收集發(fā)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(yōu)先的應(yīng)用 ：盡可能的設(shè)置大，可能到達Gbit的程度。因為對響應(yīng)時間沒有要求，垃圾收集可以并行進行，一般適合8CPU以上的應(yīng)用。
2. 年老代大小選擇
   • 響應(yīng)時間優(yōu)先的應(yīng)用 ：年老代使用并發(fā)收集器，所以其大小需要小心設(shè)置，一般要考慮并發(fā)會話率 和會話持續(xù)時間 等一些參數(shù)。如果堆設(shè)置小了，可以會造成內(nèi)存碎片、高回收頻率以及應(yīng)用暫停而使用傳統(tǒng)的標記清除方式；如果堆大了，則需要較長的收集時間。最優(yōu)化的方案，一般需要參考以下數(shù)據(jù)獲得：
     • 并發(fā)垃圾收集信息
     • 持久代并發(fā)收集次數(shù)
     • 傳統(tǒng)GC信息
     • 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(yīng)用的效率
     
   • 吞吐量優(yōu)先的應(yīng)用 ：一般吞吐量優(yōu)先的應(yīng)用都有一個很大的年輕代和一個較小的年老代。原因是，這樣可以盡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。
3. 較小堆引起的碎片問題
   因 為年老代的并發(fā)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并，這樣可以分配給較大的對象。但是，當堆空間 較小時，運行一段時間以后，就會出現(xiàn)“碎片”，如果并發(fā)收集器找不到足夠的空間，那么并發(fā)收集器將會停止，然后使用傳統(tǒng)的標記、清除方式進行回收。如果出 現(xiàn)“碎片”，可能需要進行如下配置：
   • -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection ：使用并發(fā)收集器時，開啟對年老代的壓縮。
   • -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 ：上面配置開啟的情況下，這里設(shè)置多少次Full GC后，對年老代進行壓縮