JVM系列-分代收集垃圾回收

Java自动垃圾回收(Automatic Garbage Collection)是自动回收堆上不再使用的内存，new的对象在程序中没有引用指向它，就会被回收。回收的实现很多，有Reference Counting Collector/Tracing Collector/Compacting Collector/Coping Collector/Generational Collector/Adaptive Collector。本文记录的是HotSpot Java VM采用的Generational Collector（分代收集器）。

为什么分代？

下图是随着时间的推移，经历垃圾回收后存活下的数据大小情况。可以看出大部分对象存活期很短，随着时间的推移越来越少的对象存活下来。因此，可以针对不同的堆内存采取不同的回收频率和方法，以提高JVM性能。

堆内存分代概念

下图是Generation GC对内存结构的划分：

Eden：用于new对象时分配的内存空间，大部分初始new的对象位于该空间

Survivor Space：在eden中经历垃圾回收后，存活下来的对象被存储在该空间

tenured Space：在survivor space中存在了一段时间的对象会被挪到该空间

Permanent Space：JVM使用的元数据，如classloader加载的class/method定义(反射后的数据)。

Code Cache：用于编译和存储原代码

其中Permanent Space和Code Cache不属于generation collector回收范围。但是当Permanent Space已用完，且需要加载新class时，会触发Full GC对Permanent进行回收，卸载（清除）那些不再被需要的class。

如何分代收集

new对象会最初分配在eden中，当eden满时触发minor garbage collection。

Minor GC（又称作Young GC)针对young generation：

eden/S0中存活的对象被复制到S1中，eden/S0被清空
每次minor gc，存活对象的age会加1，当age超过阈值后，对象被存到old generation中。
S0和S1是相对的，第一次Minor GC时S0/S1都是空的，从eden往S0复制，第二次minor gc就是从eden/S0往S1复制，下一次是eden/S1到S0，以后依次类推。

Minor GC采用的是复制收集，young generation中的对象大部分是不再使用，所以复制存活下来的对象到新空间，旧空间整体回收，这样的一个过程会更快。

随着Minor GC的发生，被promoted到old generation的对象越来越多，当old generation满时就触发了major garbage collection。Major GC(又称作Old GC)针对old generation，采取marking-deletion-compact（标记-清除-压缩内存）的方法。（补：压缩内存，就是把活着的对象放在一块，省出连续的空闲内存，便于分配）

通常Major GC又被认为是Full GC，因为Major GC发生时会伴随着Minor GC：一次Minor GC将存活对象放到old generation时导致old generation满了，从而导致Major GC。这一段时间整个堆内存表现出的现象是都进行了garbage collection。

建议

Minor/Major GC都是Stop the World事件，应用程序会停止执行，直到GC完成。Major GC发生时，整个堆内存都受到了影响，持续时间长。

所以应该尽量避免或减少Major GC（减少被放到old generation的对象）；尽量最大化堆内存。

实际使用

在启动java程序时通过设置相关命令参数调节垃圾回收的方法、阈值或频率来优化GC对程序的影响，常用命令如下：

Switch	Description
`-Xms`	Sets the initial heap size for when the JVM starts.
`-Xmx`	Sets the maximum heap size.
`-Xmn`	Sets the size of the Young Generation.
-XX:PermSize	Sets the starting size of the Permanent Generation.
-XX:MaxPermSize	Sets the maximum size of the Permanent Generation

GC的串并行

串行GC在JavaSE 5/6上是默认方式，常用于对暂停时间要求不高、客户端类型的应用程序上，也适用于应用程序的数目比CPU多的情况，这样GC时JVM之间的影响小。MB级别的堆内存进行Full GC时只需要几秒。设置的命令是-XX:+UseSerialGC。

并行GC使用多线程进行Minor GC，线程数默认与CPU数相等。设置的相关命令是-XX:+UseParallelGC和-XX:ParallelGCThreads=<desired number>（指定线程数）。-XX:+UseParallelOldGC会设置Minor GC和Major GC都采用多线程。

CMS

并发标记清除收集器(Concurrent Mark Sweep)用于old generation的垃圾回收，它尽力减少程序的暂停时间，GC工作和应用程序的线程并发执行。它不做compact（压缩）堆内存，省去了内存的拷贝和移动。当内存碎片过多无法满足分配时，就直接重新分配一块更大的堆内存。CMS适用于webserver或者查询类的应用。

相关命令：-XX:+UseConcMarkSweepGC和-XX:ParallelCMSThreads=<n>（设置并行线程数）

G1 Garbage Collector

G1回收器在Java7中被引进，希望能取代CMS，它主要是并发、增量式的compact内存，以取得低暂停。相关命令：-XX:+UseG1GC

一个实例

java -Xmx12m -Xms3m -Xmn1m -XX:PermSize=20m -XX:MaxPermSize=20m -XX:+UseParallelOldGC -jar Java2demo.jar

参考：http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html