一、Java GC是什么？

Java垃圾回收是对JVM(Java Virtual Machine)中的内存进行标记，并确定哪些内存需要回收，根据一定的回收策略，自动的回收内存，永不停息(Nerver Stop)的保证JVM中的内存空间，防止出现内存泄露和溢出问题，由JVM负责启动。

Java GC机制主要完成3件事：确定哪些内存需要回收，确定什么时候需要执行GC，如何执行GC。

二、Java堆内存

Java内存分配和回收的机制概括的说，就是：分代分配，分代回收。对象将根据存活的时间被分为：年轻代(Young Generation)、年老代(Old Generation)、永久代(Permanent Generation，也就是方法区)。

1、年轻代(Young Generation)：对象被创建时，内存的分配首先发生在年轻代(大对象可以直接被创建在年老代)，大部分的对象在创建后很快就不再使用，因此很快变得不可达，于是被年轻代的GC机制清理掉(IBM的研究表明，98%的对象都是很快消亡的)，这个GC机制被称为Minor GC或叫Young GC。注意，Minor GC并不代表年轻代内存不足，它事实上只表示在Eden区上的GC。

年轻代上的内存分配是这样的，年轻代可以分为3个区域：Eden区(伊甸园，亚当和夏娃偷吃禁果生娃娃的地方，用来表示内存首次分配的区域，再贴切不过)和两个存活区(Survivor 0 、Survivor 1)。

1)绝大多数刚创建的对象会被分配在Eden区，其中的大多数对象很快就会消亡。Eden区是连续的内存空间，因此在其上分配内存极快；

2)最初一次，当Eden区满的时候，执行Minor GC，将消亡的对象清理掉，并将剩余的对象复制到一个存活区Survivor0(此时，Survivor1是空白的，两个Survivor总有一个是空白的)；

3)下次Eden区满了，再执行一次Minor GC，将消亡的对象清理掉，将存活的对象复制到Survivor1中，然后清空Eden区；

4)将Survivor0中消亡的对象清理掉，将其中可以晋级的对象晋级到Old区，将存活的对象也复制到Survivor1区，然后清空Survivor0区；

5)当两个存活区切换了几次(HotSpot虚拟机默认15次，用-XX:MaxTenuringThreshold控制，大于该值进入老年代，但这只是个最大值，并不代表一定是这个值)之后，仍然存活的对象(其实只有一小部分，比如，我们自己定义的对象)，将被复制到老年代。

从上面的过程可以看出，Eden区是连续的空间，且Survivor总有一个为空。经过一次GC和复制，一个Survivor中保存着当前还活着的对象，而Eden区和另一个Survivor区的内容都不再需要了，可以直接清空，到下一次GC时，两个Survivor的角色再互换。因此，这种方式分配内存和清理内存的效率都极高，这种垃圾回收的方式就是著名的“停止-复制(Stop-and-copy)”清理法(将Eden区和一个Survivor中仍然存活的对象拷贝到另一个Survivor中)，这不代表着停止复制清理法很高效，其实，它也只在这种情况下高效，如果在老年代采用停止复制，则挺悲剧的。

2、年老代(Old Generation)：对象如果在年轻代存活了足够长的时间而没有被清理掉(即在几次Young GC后存活了下来)，则会被复制到年老代，年老代的空间一般比年轻代大，能存放更多的对象，在年老代上发生的GC次数也比年轻代少。当年老代内存不足时，将执行Major GC，也叫 Full GC。

可以使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy开关来控制是否采用动态控制策略，如果动态控制，则动态调整Java堆中各个区域的大小以及进入老年代的年龄。

如果对象比较大(比如长字符串或大数组)，Young空间不足，则大对象会直接分配到老年代上(大对象可能触发提前GC，应少用，更应避免使用短命的大对象)。用-XX:PretenureSizeThreshold来控制直接升入老年代的对象大小，大于这个值的对象会直接分配在老年代上。

三、Java GC机制-回收算法

GC机制的基本算法是：分代收集，这个不用赘述。下面阐述每个分代的收集方法。

1、年轻代-“停止-复制”算法

事实上，在上一节，已经介绍了新生代的主要垃圾回收方法，在新生代中，使用“停止-复制”算法进行清理，将新生代内存分为2部分，1部分 Eden区较大，1部分Survivor比较小，并被划分为两个等量的部分。每次进行清理时，将Eden区和一个Survivor中仍然存活的对象拷贝到 另一个Survivor中，然后清理掉Eden和刚才的Survivor。

这里也可以发现，停止复制算法中，用来复制的两部分并不总是相等的(传统的停止复制算法两部分内存相等，但新生代中使用1个大的Eden区和2个小的Survivor区来避免这个问题)

由于绝大部分的对象都是短命的，甚至存活不到Survivor中，所以，Eden区与Survivor的比例较大，HotSpot默认是 8:1，即分别占新生代的80%，10%，10%。如果一次回收中，Survivor+Eden中存活下来的内存超过了10%，则需要将一部分对象分配到 老年代。用-XX:SurvivorRatio参数来配置Eden区域Survivor区的容量比值，默认是8，代表Eden：Survivor1：Survivor2=8:1:1.

2、老年代-“标记-整理”算法

老年代存储的对象比年轻代多得多，而且不乏大对象，对老年代进行内存清理时，如果使用停止-复制算法，则相当低效。一般，老年代用的算法是标记-整理算法，即：标记出仍然存活的对象(存在引用的)，将所有存活的对象向一端移动，以保证内存的连续。

在发生Minor GC时，虚拟机会检查每次晋升进入老年代的大小是否大于老年代的剩余空间大小，如果大于，则直接触发一次Full GC，否则，就查看是否设置了-XX:+HandlePromotionFailure(允许担保失败)，如果允许，则只会进行MinorGC，此时可以容忍内存分配失败；如果不允许，则仍然进行Full GC(这代表着如果设置-XX:+Handle PromotionFailure，则触发MinorGC就会同时触发Full GC，哪怕老年代还有很多内存，所以，最好不要这样做)。

3、方法区(永久代)

永久代的回收有两种：常量池中的常量，无用的类信息，常量的回收很简单，没有引用了就可以被回收。对于无用的类进行回收，必须保证3点：

类的所有实例都已经被回收

加载类的ClassLoader已经被回收

类对象的Class对象没有被引用(即没有通过反射引用该类的地方)

永久代的回收并不是必须的，可以通过参数来设置是否对类进行回收。HotSpot提供-Xnoclassgc进行控制

使用-verbose，-XX:+TraceClassLoading、-XX:+TraceClassUnLoading可以查看类加载和卸载信息

-verbose、-XX:+TraceClassLoading可以在Product版HotSpot中使用；

-XX:+TraceClassUnLoading需要fastdebug版HotSpot支持

四、对象什么时候符合垃圾回收的条件？

1、所有实例都没有活动线程访问。

2、没有被其他任何实例访问的循环引用实例。

Java 中有不同的引用类型。判断实例是否符合垃圾收集的条件都依赖于它的引用类型。

引用类型 垃圾收集

强引用(Strong Reference)不符合垃圾收集

软引用(Soft Reference) 垃圾收集可能会执行，但会作为最后的选择

弱引用(Weak Reference) 符合垃圾收集

虚引用(Phantom Reference)符合垃圾收集

GC Scope 示例程序

class GCScope {

GCScope t;

static int i = 1;

public static void main(String args[]) {

GCScope t1 = new GCScope();

GCScope t2 = new GCScope();

GCScope t3 = new GCScope();

// 没有对象符合GC

t1.t = t2; // 没有对象符合GC

t2.t = t3; // 没有对象符合GC

t3.t = t1; // 没有对象符合GC

t1 = null;

// 没有对象符合GC (t3.t 仍然有一个到 t1 的引用)

t2 = null;

// 没有对象符合GC (t3.t.t 仍然有一个到 t2 的引用)

t3 = null;

// 所有三个对象都符合GC (它们中没有一个拥有引用。

// 只有各对象的变量 t 还指向了彼此，

// 形成了一个由对象组成的环形的岛，而没有任何外部的引用。)

}

protected void finalize() {

System.out.println("Garbage collected from object" + i);

i++;

}

五、 JVM参数使用

1、堆内存相关

-Xms 与 -Xmx

-Xms用于指定Java应用使用的最小堆内存，如-Xms1024m表示将Java应用最小堆设置为1024M。-Xmx用于指定Java应用使用的最大堆内存，如-Xmx1024m表示将Java应用最大堆设置为1024m。过小的堆内存可能会造成程序抛出OOM异常，所以正常发布的应用应该明确指定这两个参数。并且，一般会选择将-Xms与-Xmx设置成一样大小，防止JVM动态调整堆内存容量对程序造成性能影响。

-Xmn

通过-Xmn可以设置堆内存中新生代的容量，以此达到间接控制老年代容量的作用，因为没有JVM参数可以直接控制老年代的容量。如-Xmn256m表示将新生代容量设置为256M。假如这个时候额外指定了-Xms1024m -Xmx1024m，那么老年代的容量为768M(1024-256=768)。

-XX:PermSize 与 -XX:MaxPermSize

-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize分别用于设置永久代的容量和最大容量。如-XX:PermSize=64m -XX:MaxPermSize=128m表示将永久代的初始容量设置为64M，最大容量设置为128M。

-XX:SurvivorRatio

这个参数用于设置新生代中Eden区和Survivor(S0、S1)的容量比值。默认设置为-XX:SurvivorRatio=8表示Eden区与Survivor的容量比例为8:1:1。假设-Xmn256m -XX：Survivor=8，那么Eden区容量为204.8M(256M / 10 * 8)，S0和S1区的容量大小均为25.6M(256M / 10 * 1)。