Java GC（垃圾回收）機制知識總結

目錄

• Java GC系列
• Java系列筆記(3) - Java 內存區域和GC機制
• 面試題：「你能不能談談，java GC是在何時，對什麼東西，作了什麼事情？」

Java GC系列

本部分來自Java GC系列（1）：Java垃圾回收簡介

Java的內存分配與回收所有由JVM垃圾回收進程自動完成。與C語言不一樣，Java開發者不須要本身編寫代碼實現垃圾回收。這是Java深受你們歡迎的衆多特性之一，可以幫助程序員更好地編寫Java程序。

下面四篇教程是瞭解Java 垃圾回收（GC）的基礎：

1. 垃圾回收簡介
2. 圾回收是如何工做的？
3. 垃圾回收的類別
4. 垃圾回收監視和分析

這篇教程是系列第一部分。首先會解釋基本的術語，好比JDK、JVM、JRE和HotSpotVM。接着會介紹JVM結構和Java 堆內存結構。理解這些基礎對於理解後面的垃圾回收知識很重要。

Java關鍵術語

• JavaAPI：一系列幫助開發者建立Java應用程序的封裝好的庫。
• Java 開發工具包 （JDK）：一系列工具幫助開發者建立Java應用程序。JDK包含工具編譯、運行、打包、分發和監視Java應用程序。
• Java 虛擬機（JVM）：JVM是一個抽象的計算機結構。Java程序根據JVM的特性編寫。JVM針對特定於操做系統而且能夠將Java指令翻譯成底層系統的指令並執行。JVM確保了Java的平臺無關性。
• Java 運行環境（JRE）：JRE包含JVM實現和Java API。

Java HotSpot 虛擬機

每種JVM實現可能採用不一樣的方法實現垃圾回收機制。在收購SUN以前，Oracle使用的是JRockit JVM，收購以後使用HotSpot JVM。目前Oracle擁有兩種JVM實現而且一段時間後兩個JVM實現會合二爲一。

HotSpot JVM是目前Oracle SE平臺標準核心組件的一部分。在這篇垃圾回收教程中，咱們將會了解基於HotSpot虛擬機的垃圾回收原則。

JVM體系結構

下面圖片總結了JVM的關鍵組件。在JVM體系結構中，與垃圾回收相關的兩個主要組件是堆內存和垃圾回收器。堆內存是內存數據區，用來保存運行時的對象實例。垃圾回收器也會在這裏操做。如今咱們知道這些組件是如何在框架中工做的。

Java堆內存

咱們有必要了解堆內存在JVM內存模型的角色。在運行時，Java的實例被存放在堆內存區域。當一個對象再也不被引用時，知足條件就會從堆內存移除。在垃圾回收進程中，這些對象將會從堆內存移除而且內存空間被回收。堆內存如下三個主要區域：

1.新生代（Young Generation）

• Eden空間（Eden space，任何實例都經過Eden空間進入運行時內存區域）
• S0 Survivor空間（S0 Survivor space，存在時間長的實例將會從Eden空間移動到S0 Survivor空間）
• S1 Survivor空間 （存在時間更長的實例將會從S0 Survivor空間移動到S1 Survivor空間）

2.老年代（Old Generation）實例將從S1提高到Tenured（終身代）
3.永久代（Permanent Generation）包含類、方法等細節的元信息

永久代空間在Java SE8特性中已經被移除。

在本系列的第二篇將會介紹Java垃圾回收是如何工做的。

本教程是爲了理解基本的Java垃圾回收以及它是如何工做的。這是垃圾回收教程系列的第二部分。但願你已經讀過了第一部分：《Java 垃圾回收介紹》。

Java 垃圾回收是一項自動化的過程，用來管理程序所使用的運行時內存。經過這一自動化過程，JVM 解除了程序員在程序中分配和釋放內存資源的開銷。

啓動Java垃圾回收

做爲一個自動的過程，程序員不須要在代碼中顯示地啓動垃圾回收過程。System.gc()和Runtime.gc()用來請求JVM啓動垃圾回收。

雖然這個請求機制提供給程序員一個啓動 GC 過程的機會，可是啓動由 JVM負責。JVM能夠拒絕這個請求，因此並不保證這些調用都將執行垃圾回收。啓動時機的選擇由JVM決定，而且取決於堆內存中Eden區是否可用。JVM將這個選擇留給了Java規範的實現，不一樣實現具體使用的算法不盡相同。

毋庸置疑，咱們知道垃圾回收過程是不能被強制執行的。我剛剛發現了一個調用System.gc()有意義的場景。經過這篇文章瞭解一下適合調用System.gc() 這種極端狀況。

Java垃圾回收過程

垃圾回收是一種回收無用內存空間並使其對將來實例可用的過程。

首頁全部文章資訊Web架構基礎技術書籍教程Java小組工具資源
Java GC系列（2）：Java垃圾回收是如何工做的？
2014/10/28 | 分類： 基礎技術, 教程 | 3 條評論 | 標籤： GC, 垃圾回收教程
分享到： 37
本文由 ImportNew - 伍翀 翻譯自 javapapers。歡迎加入翻譯小組。轉載請見文末要求。

目錄

• 垃圾回收介紹
• 垃圾回收是如何工做的？
• 垃圾回收的類別
• 垃圾回收監視和分析

本教程是爲了理解基本的Java垃圾回收以及它是如何工做的。這是垃圾回收教程系列的第二部分。但願你已經讀過了第一部分：《Java 垃圾回收介紹》。

Java 垃圾回收是一項自動化的過程，用來管理程序所使用的運行時內存。經過這一自動化過程，JVM 解除了程序員在程序中分配和釋放內存資源的開銷。

啓動Java垃圾回收

做爲一個自動的過程，程序員不須要在代碼中顯示地啓動垃圾回收過程。System.gc()和Runtime.gc()用來請求JVM啓動垃圾回收。

雖然這個請求機制提供給程序員一個啓動 GC 過程的機會，可是啓動由 JVM負責。JVM能夠拒絕這個請求，因此並不保證這些調用都將執行垃圾回收。啓動時機的選擇由JVM決定，而且取決於堆內存中Eden區是否可用。JVM將這個選擇留給了Java規範的實現，不一樣實現具體使用的算法不盡相同。

毋庸置疑，咱們知道垃圾回收過程是不能被強制執行的。我剛剛發現了一個調用System.gc()有意義的場景。經過這篇文章瞭解一下適合調用System.gc() 這種極端狀況。

Java垃圾回收過程

垃圾回收是一種回收無用內存空間並使其對將來實例可用的過程。

Eden 區：當一個實例被建立了，首先會被存儲在堆內存年輕代的 Eden 區中。

注意：若是你不能理解這些詞彙，我建議你閱讀這篇 垃圾回收介紹 ，這篇教程詳細地介紹了內存模型、JVM 架構以及這些術語。

Survivor 區（S0 和 S1）：做爲年輕代 GC（Minor GC）週期的一部分，存活的對象（仍然被引用的）從 Eden 區被移動到 Survivor 區的 S0 中。相似的，垃圾回收器會掃描 S0 而後將存活的實例移動到 S1 中。

（譯註：此處不該該是Eden和S0中存活的都移到S1麼，爲何會先移到S0再從S0移到S1？）

死亡的實例（再也不被引用）被標記爲垃圾回收。根據垃圾回收器（有四種經常使用的垃圾回收器，將在下一教程中介紹它們）選擇的不一樣，要麼被標記的實例都會不停地從內存中移除，要麼回收過程會在一個單獨的進程中完成。

老年代： 老年代（Old or tenured generation）是堆內存中的第二塊邏輯區。當垃圾回收器執行 Minor GC 週期時，在 S1 Survivor 區中的存活實例將會被晉升到老年代，而未被引用的對象被標記爲回收。

老年代 GC（Major GC）：相對於 Java 垃圾回收過程，老年代是實例生命週期的最後階段。Major GC 掃描老年代的垃圾回收過程。若是實例再也不被引用，那麼它們會被標記爲回收，不然它們會繼續留在老年代中。

內存碎片：一旦實例從堆內存中被刪除，其位置就會變空而且可用於將來實例的分配。這些空出的空間將會使整個內存區域碎片化。爲了實例的快速分配，須要進行碎片整理。基於垃圾回收器的不一樣選擇，回收的內存區域要麼被不停地被整理，要麼在一個單獨的GC進程中完成。

垃圾回收中實例的終結

在釋放一個實例和回收內存空間以前，Java 垃圾回收器會調用實例各自的 finalize() 方法，從而該實例有機會釋放所持有的資源。雖然能夠保證 finalize() 會在回收內存空間以前被調用，可是沒有指定的順序和時間。多個實例間的順序是沒法被預知，甚至可能會並行發生。程序不該該預先調整實例之間的順序並使用 finalize() 方法回收資源。

• 任何在 finalize過程當中未被捕獲的異常會自動被忽略，而後該實例的 finalize 過程被取消。
• JVM 規範中並無討論關於弱引用的垃圾回收機制，也沒有很明確的要求。具體的實現都由實現方決定。
• 垃圾回收是由一個守護線程完成的。

對象何時符合垃圾回收的條件？

• 全部實例都沒有活動線程訪問。
• 沒有被其餘任何實例訪問的循環引用實例。

Java 中有不一樣的引用類型。判斷實例是否符合垃圾收集的條件都依賴於它的引用類型。

引用類型	垃圾收集
強引用（Strong Reference）	不符合垃圾收集
軟引用（Soft Reference）	垃圾收集可能會執行，但會做爲最後的選擇
弱引用（Weak Reference）	符合垃圾收集
虛引用（Phantom Reference）	符合垃圾收集

在編譯過程當中做爲一種優化技術，Java 編譯器能選擇給實例賦 null 值，從而標記實例爲可回收。

class Animal {
    public static void main(String[] args) {
        Animal lion = new Animal();
        System.out.println("Main is completed.");
    }
 
    protected void finalize() {
        System.out.println("Rest in Peace!");
    }
}

在上面的類中，lion 對象在實例化行後從未被使用過。所以 Java 編譯器做爲一種優化措施能夠直接在實例化行後賦值lion = null。所以，即便在 SOP 輸出以前， finalize 函數也可以打印出 'Rest in Peace!'。咱們不能證實這肯定會發生，由於它依賴JVM的實現方式和運行時使用的內存。然而，咱們還能學習到一點：若是編譯器看到該實例在將來不再會被引用，可以選擇並提前釋放實例空間。

• 關於對象何時符合垃圾回收有一個更好的例子。實例的全部屬性能被存儲在寄存器中，隨後寄存器將被訪問並讀取內容。無一例外，這些值將被寫回到實例中。雖然這些值在未來能被使用，這個實例仍然能被標記爲符合垃圾回收。這是一個很經典的例子，不是嗎？
• 當被賦值爲null時，這是很簡單的一個符合垃圾回收的示例。固然，複雜的狀況能夠像上面的幾點。這是由 JVM 實現者所作的選擇。目的是留下儘量小的內存佔用，加快響應速度，提升吞吐量。爲了實現這一目標， JVM 的實現者能夠選擇一個更好的方案或算法在垃圾回收過程當中回收內存空間。
• 當 finalize() 方法被調用時，JVM 會釋放該線程上的全部同步鎖。

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();
 
        // No Object Is Eligible for GC
 
        t1.t = t2; // No Object Is Eligible for GC
        t2.t = t3; // No Object Is Eligible for GC
        t3.t = t1; // No Object Is Eligible for GC
 
        t1 = null;
        // No Object Is Eligible for GC (t3.t still has a reference to t1)
 
        t2 = null;
        // No Object Is Eligible for GC (t3.t.t still has a reference to t2)
 
        t3 = null;
        // All the 3 Object Is Eligible for GC (None of them have a reference.
        // only the variable t of the objects are referring each other in a
        // rounded fashion forming the Island of objects with out any external
        // reference)
    }
 
    protected void finalize() {
        System.out.println("Garbage collected from object" + i);
        i++;
    }
 
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();
 
        // 沒有對象符合GC
        t1.t = t2; // 沒有對象符合GC
        t2.t = t3; // 沒有對象符合GC
        t3.t = t1; // 沒有對象符合GC
 
        t1 = null;
        // 沒有對象符合GC (t3.t 仍然有一個到 t1 的引用)
 
        t2 = null;
        // 沒有對象符合GC (t3.t.t 仍然有一個到 t2 的引用)
 
        t3 = null;
        // 全部三個對象都符合GC (它們中沒有一個擁有引用。
        // 只有各對象的變量 t 還指向了彼此，
        // 造成了一個由對象組成的環形的島，而沒有任何外部的引用。)
    }
 
    protected void finalize() {
        System.out.println("Garbage collected from object" + i);
        i++;
    }

GC OutOfMemoryError 的示例程序

GC並不保證內存溢出問題的安全性，粗心寫下的代碼會致使 OutOfMemoryError。

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
 
public class GC {
    public static void main(String[] main) {
        List l = new LinkedList();
        // Enter infinite loop which will add a String to the list: l on each
        // iteration.
        do {
            l.add(new String("Hello, World"));
        } while (true);
    }
}

輸出：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.LinkedList.linkLast(LinkedList.java:142)
    at java.util.LinkedList.add(LinkedList.java:338)
    at com.javapapers.java.GCScope.main(GCScope.java:12)

Java系列筆記(3) - Java 內存區域和GC機制

本部分來自Java系列筆記(3) - Java 內存區域和GC機制

目錄

• Java垃圾回收概況
• Java內存區域
• Java對象的訪問方式
• Java內存分配機制
• Java GC機制
• 垃圾收集器

Java垃圾回收概況

　　Java GC（Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收）機制，是Java與C++/C的主要區別之一，做爲Java開發者，通常不須要專門編寫內存回收和垃圾清理代碼，對內存泄露和溢出的問題，也不須要像C程序員那樣戰戰兢兢。這是由於在Java虛擬機中，存在自動內存管理和垃圾清掃機制。歸納地說，該機制對JVM（Java Virtual Machine）中的內存進行標記，並肯定哪些內存須要回收，根據必定的回收策略，自動的回收內存，永不停息（Nerver Stop）的保證JVM中的內存空間，防止出現內存泄露和溢出問題。

　　關於JVM，須要說明一下的是，目前使用最多的Sun公司的JDK中，自從1999年的JDK1.2開始直至如今仍在普遍使用的JDK6，其中默認的虛擬機都是HotSpot。2009年，Oracle收購Sun，加上以前收購的EBA公司，Oracle擁有3大虛擬機中的兩個：JRockit和HotSpot，Oracle也代表了想要整合兩大虛擬機的意圖，可是目前在新發布的JDK7中，默認的虛擬機仍然是HotSpot，所以本文中默認介紹的虛擬機都是HotSpot，相關機制也主要是指HotSpot的GC機制。

　　Java GC機制主要完成3件事：肯定哪些內存須要回收，肯定何時須要執行GC，如何執行GC。通過這麼長時間的發展（事實上，在Java語言出現以前，就有GC機制的存在，如Lisp語言），Java GC機制已經日臻完善，幾乎能夠自動的爲咱們作絕大多數的事情。然而，若是咱們從事較大型的應用軟件開發，曾經出現過內存優化的需求，就一定要研究Java GC機制。

　　學習Java GC機制，能夠幫助咱們在平常工做中排查各類內存溢出或泄露問題，解決性能瓶頸，達到更高的併發量，寫出更高效的程序。

　　咱們將從4個方面學習Java GC機制，1，內存是如何分配的；2，如何保證內存不被錯誤回收（即：哪些內存須要回收）；3，在什麼狀況下執行GC以及執行GC的方式；4，如何監控和優化GC機制。

Java內存區域

　　瞭解Java GC機制，必須先清楚在JVM中內存區域的劃分。在Java運行時的數據區裏，由JVM管理的內存區域分爲下圖幾個模塊：

其中：

1，程序計數器（Program Counter Register）：程序計數器是一個比較小的內存區域，用於指示當前線程所執行的字節碼執行到了第幾行，能夠理解爲是當前線程的行號指示器。字節碼解釋器在工做時，會經過改變這個計數器的值來取下一條語句指令。

　　每一個程序計數器只用來記錄一個線程的行號，因此它是線程私有（一個線程就有一個程序計數器）的。

　　若是程序執行的是一個Java方法，則計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令地址；若是正在執行的是一個本地（native，由C語言編寫完成）方法，則計數器的值爲Undefined，因爲程序計數器只是記錄當前指令地址，因此不存在內存溢出的狀況，所以，程序計數器也是全部JVM內存區域中惟一一個沒有定義OutOfMemoryError的區域。

2，虛擬機棧（JVM Stack）：一個線程的每一個方法在執行的同時，都會建立一個棧幀（Statck Frame），棧幀中存儲的有局部變量表、操做站、動態連接、方法出口等，當方法被調用時，棧幀在JVM棧中入棧，當方法執行完成時，棧幀出棧。

　　局部變量表中存儲着方法的相關局部變量，包括各類基本數據類型，對象的引用，返回地址等。在局部變量表中，只有long和double類型會佔用2個局部變量空間（Slot，對於32位機器，一個Slot就是32個bit），其它都是1個Slot。須要注意的是，局部變量表是在編譯時就已經肯定好的，方法運行所須要分配的空間在棧幀中是徹底肯定的，在方法的生命週期內都不會改變。

　　虛擬機棧中定義了兩種異常，若是線程調用的棧深度大於虛擬機容許的最大深度，則拋出StatckOverFlowError（棧溢出）；不過多數Java虛擬機都容許動態擴展虛擬機棧的大小(有少部分是固定長度的)，因此線程能夠一直申請棧，直到內存不足，此時，會拋出OutOfMemoryError（內存溢出）。

　　每一個線程對應着一個虛擬機棧，所以虛擬機棧也是線程私有的。

3，本地方法棧（Native Method Statck）：本地方法棧在做用，運行機制，異常類型等方面都與虛擬機棧相同，惟一的區別是：虛擬機棧是執行Java方法的，而本地方法棧是用來執行native方法的，在不少虛擬機中（如Sun的JDK默認的HotSpot虛擬機），會將本地方法棧與虛擬機棧放在一塊兒使用。

　　本地方法棧也是線程私有的。

4，堆區（Heap）：堆區是理解Java GC機制最重要的區域，沒有之一。在JVM所管理的內存中，堆區是最大的一塊，堆區也是Java GC機制所管理的主要內存區域，堆區由全部線程共享，在虛擬機啓動時建立。堆區的存在是爲了存儲對象實例，原則上講，全部的對象都在堆區上分配內存（不過現代技術裏，也不是這麼絕對的，也有棧上直接分配的）。

　　通常的，根據Java虛擬機規範規定，堆內存須要在邏輯上是連續的（在物理上不須要），在實現時，能夠是固定大小的，也能夠是可擴展的，目前主流的虛擬機都是可擴展的。若是在執行垃圾回收以後，仍沒有足夠的內存分配，也不能再擴展，將會拋出OutOfMemoryError:Java heap space異常。

　　關於堆區的內容還有不少，將在下節「Java內存分配機制」中詳細介紹。

5，方法區（Method Area）：在Java虛擬機規範中，將方法區做爲堆的一個邏輯部分來對待，但事實上，方法區並非堆（Non-Heap）；另外，很多人的博客中，將Java GC的分代收集機制分爲3個代：青年代，老年代，永久代，這些做者將方法區定義爲「永久代」，這是由於，對於以前的HotSpot Java虛擬機的實現方式中，將分代收集的思想擴展到了方法區，並將方法區設計成了永久代。不過，除HotSpot以外的多數虛擬機，並不將方法區當作永久代，HotSpot自己，也計劃取消永久代。本文中，因爲筆者主要使用Oracle JDK6.0，所以仍將使用永久代一詞。

　　方法區是各個線程共享的區域，用於存儲已經被虛擬機加載的類信息（即加載類時須要加載的信息，包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、靜態變量、編譯器即時編譯的代碼等。

　　方法區在物理上也不須要是連續的，能夠選擇固定大小或可擴展大小，而且方法區比堆還多了一個限制：能夠選擇是否執行垃圾收集。通常的，方法區上執行的垃圾收集是不多的，這也是方法區被稱爲永久代的緣由之一（HotSpot），但這也不表明着在方法區上徹底沒有垃圾收集，其上的垃圾收集主要是針對常量池的內存回收和對已加載類的卸載。

　　在方法區上進行垃圾收集，條件苛刻並且至關困難，效果也不使人滿意，因此通常不作太多考慮，能夠留做之後進一步深刻研究時使用。

　　在方法區上定義了OutOfMemoryError:PermGen space異常，在內存不足時拋出。

　　運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分，用於存儲編譯期就生成的字面常量、符號引用、翻譯出來的直接引用（符號引用就是編碼是用字符串表示某個變量、接口的位置，直接引用就是根據符號引用翻譯出來的地址，將在類連接階段完成翻譯）；運行時常量池除了存儲編譯期常量外，也能夠存儲在運行時間產生的常量（好比String類的intern()方法，做用是String維護了一個常量池，若是調用的字符「abc」已經在常量池中，則返回池中的字符串地址，不然，新建一個常量加入池中，並返回地址）。

6，直接內存（Direct Memory）：直接內存並非JVM管理的內存，能夠這樣理解，直接內存，就是JVM之外的機器內存，好比，你有4G的內存，JVM佔用了1G，則其他的3G就是直接內存，JDK中有一種基於通道（Channel）和緩衝區（Buffer）的內存分配方式，將由C語言實現的native函數庫分配在直接內存中，用存儲在JVM堆中的DirectByteBuffer來引用。因爲直接內存收到本機器內存的限制，因此也可能出現OutOfMemoryError的異常。

Java對象的訪問方式

通常來講，一個Java的引用訪問涉及到3個內存區域：JVM棧，堆，方法區。

　以最簡單的本地變量引用：Object obj = new Object()爲例：

Object obj表示一個本地引用，存儲在JVM棧的本地變量表中，表示一個reference類型數據；
new Object()做爲實例對象數據存儲在堆中；
堆中還記錄了Object類的類型信息（接口、方法、field、對象類型等）的地址，這些地址所執行的數據存儲在方法區中；
在Java虛擬機規範中，對於經過reference類型引用訪問具體對象的方式並未作規定，目前主流的實現方式主要有兩種：

1，經過句柄訪問（圖來自於《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特效與最佳實現》）：

經過句柄訪問的實現方式中，JVM堆中會專門有一塊區域用來做爲句柄池，存儲相關句柄所執行的實例數據地址（包括在堆中地址和在方法區中的地址）。這種實現方法因爲用句柄表示地址，所以十分穩定。

2，經過直接指針訪問：（圖來自於《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特效與最佳實現》）

經過直接指針訪問的方式中，reference中存儲的就是對象在堆中的實際地址，在堆中存儲的對象信息中包含了在方法區中的相應類型數據。這種方法最大的優點是速度快，在HotSpot虛擬機中用的就是這種方式。

Java內存分配機制

這裏所說的內存分配，主要指的是在堆上的分配，通常的，對象的內存分配都是在堆上進行，但現代技術也支持將對象拆成標量類型（標量類型即原子類型，表示單個值，能夠是基本類型或String等），而後在棧上分配，在棧上分配的不多見，咱們這裏不考慮。

　　Java內存分配和回收的機制歸納的說，就是：分代分配，分代回收。對象將根據存活的時間被分爲：年輕代（Young Generation）、年老代（Old Generation）、永久代（Permanent Generation，也就是方法區）。以下圖（來源於《成爲JavaGC專家part I》，http://www.importnew.com/1993.html）：

年輕代（Young Generation）：對象被建立時，內存的分配首先發生在年輕代（大對象能夠直接被建立在年老代），大部分的對象在建立後很快就再也不使用，所以很快變得不可達，因而被年輕代的GC機制清理掉（IBM的研究代表，98%的對象都是很快消亡的），這個GC機制被稱爲Minor GC或叫Young GC。注意，Minor GC並不表明年輕代內存不足，它事實上只表示在Eden區上的GC。

　　年輕代上的內存分配是這樣的，年輕代能夠分爲3個區域：Eden區（伊甸園，亞當和夏娃偷吃禁果生娃娃的地方，用來表示內存首次分配的區域，再貼切不過）和兩個存活區（Survivor 0 、Survivor 1）。內存分配過程爲（來源於《成爲JavaGC專家part I》，http://www.importnew.com/1993.html）：

1. 絕大多數剛建立的對象會被分配在Eden區，其中的大多數對象很快就會消亡。Eden區是連續的內存空間，所以在其上分配內存極快；
2. 最初一次，當Eden區滿的時候，執行Minor GC，將消亡的對象清理掉，並將剩餘的對象複製到一個存活區Survivor0（此時，Survivor1是空白的，兩個Survivor總有一個是空白的）；
3. 下次Eden區滿了，再執行一次Minor GC，將消亡的對象清理掉，將存活的對象複製到Survivor1中，而後清空Eden區；
4. 將Survivor0中消亡的對象清理掉，將其中能夠晉級的對象晉級到Old區，將存活的對象也複製到Survivor1區，而後清空Survivor0區；
5. 當兩個存活區切換了幾回（HotSpot虛擬機默認15次，用-XX:MaxTenuringThreshold控制，大於該值進入老年代，但這只是個最大值，並不表明必定是這個值）以後，仍然存活的對象（其實只有一小部分，好比，咱們本身定義的對象），將被複制到老年代。

　　從上面的過程能夠看出，Eden區是連續的空間，且Survivor總有一個爲空。通過一次GC和複製，一個Survivor中保存着當前還活着的對象，而Eden區和另外一個Survivor區的內容都再也不須要了，能夠直接清空，到下一次GC時，兩個Survivor的角色再互換。所以，這種方式分配內存和清理內存的效率都極高，這種垃圾回收的方式就是著名的「中止-複製（Stop-and-copy）」清理法（將Eden區和一個Survivor中仍然存活的對象拷貝到另外一個Survivor中），這不表明着中止複製清理法很高效，其實，它也只在這種狀況下高效，若是在老年代採用中止複製，則挺悲劇的。

　　在Eden區，HotSpot虛擬機使用了兩種技術來加快內存分配。分別是bump-the-pointer和TLAB（Thread-Local Allocation Buffers），這兩種技術的作法分別是：因爲Eden區是連續的，所以bump-the-pointer技術的核心就是跟蹤最後建立的一個對象，在對象建立時，只須要檢查最後一個對象後面是否有足夠的內存便可，從而大大加快內存分配速度；而對於TLAB技術是對於多線程而言的，將Eden區分爲若干段，每一個線程使用獨立的一段，避免相互影響。TLAB結合bump-the-pointer技術，將保證每一個線程都使用Eden區的一段，並快速的分配內存。

　　年老代（Old Generation）：對象若是在年輕代存活了足夠長的時間而沒有被清理掉（即在幾回Young GC後存活了下來），則會被複制到年老代，年老代的空間通常比年輕代大，能存放更多的對象，在年老代上發生的GC次數也比年輕代少。當年老代內存不足時，將執行Major GC，也叫 Full GC。　　

　　可使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy開關來控制是否採用動態控制策略，若是動態控制，則動態調整Java堆中各個區域的大小以及進入老年代的年齡。
　　若是對象比較大（好比長字符串或大數組），Young空間不足，則大對象會直接分配到老年代上（大對象可能觸發提早GC，應少用，更應避免使用短命的大對象）。用-XX:PretenureSizeThreshold來控制直接升入老年代的對象大小，大於這個值的對象會直接分配在老年代上。

　　可能存在年老代對象引用新生代對象的狀況，若是須要執行Young GC，則可能須要查詢整個老年代以肯定是否能夠清理回收，這顯然是低效的。解決的方法是，年老代中維護一個512 byte的塊——」card table「，全部老年代對象引用新生代對象的記錄都記錄在這裏。Young GC時，只要查這裏便可，不用再去查所有老年代，所以性能大大提升。

Java GC機制

GC機制的基本算法是：分代收集，這個不用贅述。下面闡述每一個分代的收集方法。

　　

　　年輕代：

　　事實上，在上一節，已經介紹了新生代的主要垃圾回收方法，在新生代中，使用「中止-複製」算法進行清理，將新生代內存分爲2部分，1部分 Eden區較大，1部分Survivor比較小，並被劃分爲兩個等量的部分。每次進行清理時，將Eden區和一個Survivor中仍然存活的對象拷貝到 另外一個Survivor中，而後清理掉Eden和剛纔的Survivor。

　　這裏也能夠發現，中止複製算法中，用來複制的兩部分並不老是相等的（傳統的中止複製算法兩部份內存相等，但新生代中使用1個大的Eden區和2個小的Survivor區來避免這個問題）

　　因爲絕大部分的對象都是短命的，甚至存活不到Survivor中，因此，Eden區與Survivor的比例較大，HotSpot默認是 8:1，即分別佔新生代的80%，10%，10%。若是一次回收中，Survivor+Eden中存活下來的內存超過了10%，則須要將一部分對象分配到 老年代。用-XX:SurvivorRatio參數來配置Eden區域Survivor區的容量比值，默認是8，表明Eden：Survivor1：Survivor2=8:1:1.

　　老年代：

　　老年代存儲的對象比年輕代多得多，並且不乏大對象，對老年代進行內存清理時，若是使用中止-複製算法，則至關低效。通常，老年代用的算法是標記-整理算法，即：標記出仍然存活的對象（存在引用的），將全部存活的對象向一端移動，以保證內存的連續。

在發生Minor GC時，虛擬機會檢查每次晉升進入老年代的大小是否大於老年代的剩餘空間大小，若是大於，則直接觸發一次Full GC，不然，就查看是否設置了-XX:+HandlePromotionFailure（容許擔保失敗），若是容許，則只會進行MinorGC，此時能夠容忍內存分配失敗；若是不容許，則仍然進行Full GC（這表明着若是設置-XX:+Handle PromotionFailure，則觸發MinorGC就會同時觸發Full GC，哪怕老年代還有不少內存，因此，最好不要這樣作）。

　　方法區（永久代）：

　　永久代的回收有兩種：常量池中的常量，無用的類信息，常量的回收很簡單，沒有引用了就能夠被回收。對於無用的類進行回收，必須保證3點：

1. 類的全部實例都已經被回收
2. 加載類的ClassLoader已經被回收
3. 類對象的Class對象沒有被引用（即沒有經過反射引用該類的地方）

永久代的回收並非必須的，能夠經過參數來設置是否對類進行回收。HotSpot提供-Xnoclassgc進行控制

使用-verbose，-XX:+TraceClassLoading、-XX:+TraceClassUnLoading能夠查看類加載和卸載信息

-verbose、-XX:+TraceClassLoading能夠在Product版HotSpot中使用；

-XX:+TraceClassUnLoading須要fastdebug版HotSpot支持

垃圾收集器

在GC機制中，起重要做用的是垃圾收集器，垃圾收集器是GC的具體實現，Java虛擬機規範中對於垃圾收集器沒有任何規定，因此不一樣廠商實現的垃圾 收集器各不相同，HotSpot 1.6版使用的垃圾收集器以下圖（圖來源於《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特效與最佳實現》，圖中兩個收集器之間有連線，說明它們能夠配合使用）：

在介紹垃圾收集器以前，須要明確一點，就是在新生代採用的中止複製算法中，「停 止（Stop-the-world）」的意義是在回收內存時，須要暫停其餘所 有線程的執行。這個是很低效的，如今的各類新生代收集器愈來愈優化這一點，但仍然只是將中止的時間變短，並未完全取消中止。

• Serial收集器：新生代收集器，使用中止複製算法，使用一個線程進行GC，串行，其它工做線程暫停。使用-XX:+UseSerialGC可使用Serial+Serial Old模式運行進行內存回收（這也是虛擬機在Client模式下運行的默認值）
• ParNew收集器：新生代收集器，使用中止複製算法，Serial收集器的多線程版，用多個線程進行GC，並行，其它工做線程暫停，關注縮短垃圾收集時間。使用-XX:+UseParNewGC開關來控制使用ParNew+Serial Old收集器組合收集內存；使用-XX:ParallelGCThreads來設置執行內存回收的線程數。
• Parallel Scavenge 收集器：新生代收集器，使用中止複製算法，關注CPU吞吐量，即運行用戶代碼的時間/總時間，好比：JVM運行100分鐘，其中運行用戶代碼99分鐘，垃 圾收集1分鐘，則吞吐量是99%，這種收集器能最高效率的利用CPU，適合運行後臺運算（關注縮短垃圾收集時間的收集器，如CMS，等待時間不多，因此適 合用戶交互，提升用戶體驗）。使用-XX:+UseParallelGC開關控制使用Parallel Scavenge+Serial Old收集器組合回收垃圾（這也是在Server模式下的默認值）；使用-XX:GCTimeRatio來設置用戶執行時間佔總時間的比例，默認99，即1%的時間用來進行垃圾回收。使用-XX:MaxGCPauseMillis設置GC的最大停頓時間（這個參數只對Parallel Scavenge有效），用開關參數-XX:+UseAdaptiveSizePolicy能夠進行動態控制，如自動調整Eden/Survivor比例，老年代對象年齡，新生代大小等，這個參數在ParNew下沒有。
• Serial Old收集器：老年代收集器，單線程收集器，串行，使用標記整理（整理的方法是Sweep（清理）和Compact（壓縮），清理是將廢棄的對象幹掉，只留倖存的對象，壓縮是將移動對象，將空間填滿保證內存分爲2塊，一塊全是對象，一塊空閒）算法，使用單線程進行GC，其它工做線程暫停（注意，在老年代中進行標記整理算法清理，也須要暫停其它線程），在JDK1.5以前，Serial Old收集器與ParallelScavenge搭配使用。
• Parallel Old收集器：老年代收集器，多線程，並行，多線程機制與Parallel Scavenge差不錯，使用標記整理（與Serial Old不一樣，這裏的整理是Summary（彙總）和Compact（壓縮），彙總的意思就是將倖存的對象複製到預先準備好的區域，而不是像Sweep（清理）那樣清理廢棄的對象）算法，在Parallel Old執行時，仍然須要暫停其它線程。Parallel Old在多核計算中頗有用。Parallel Old出現後（JDK 1.6），與Parallel Scavenge配合有很好的效果，充分體現Parallel Scavenge收集器吞吐量優先的效果。使用-XX:+UseParallelOldGC開關控制使用Parallel Scavenge +Parallel Old組合收集器進行收集。
• CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器：老年代收集器，致力於獲取最短回收停頓時間（即縮短垃圾回收的時間），使用標記清除算法，多線程，優勢是併發收集（用戶線程能夠和GC線程同時工做），停頓小。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC進行ParNew+CMS+Serial Old進行內存回收，優先使用ParNew+CMS（緣由見後面），當用戶線程內存不足時，採用備用方案Serial Old收集。

G1收集器：在JDK1.7中正式發佈，與現狀的新生代、老年代概念有很大不一樣，目前使用較少，不作介紹。

注意併發（Concurrent）和並行（Parallel）的區別：

• 併發是指用戶線程與GC線程同時執行（不必定是並行，可能交替，但整體上是在同時執行的），不須要停頓用戶線程（其實在CMS中用戶線程仍是須要停頓的，只是很是短，GC線程在另外一個CPU上執行）；
• 並行收集是指多個GC線程並行工做，但此時用戶線程是暫停的；

因此，Serial是串行的，Parallel收集器是並行的，而CMS收集器是併發的.

關於JVM參數配置和內存調優實例，見個人下一篇博客（編寫中：Java系列筆記(4) - JVM監控與調優），原本想寫在同一篇博客裏的，無奈內容太多，只好另起一篇。

說明：
　　本文是Java系列筆記的第3篇，這篇文章寫了好久，主要是Java內存和GC機制相對複雜，難以理解，加上本人這段時間項目和生活中耗費的時間不少，因此進度緩慢。文中大多數筆記內容來源於我在網絡上查到的博客和《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特效與最佳實現》一書。
　　本人能力有限，若是有錯漏，請留言指正。

參考資料：

• 《JAVA編程思想》，第5章；
• 《Java深度歷險》，Java垃圾回收機制與引用類型；
• 《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特效與最佳實現》，第2-3章；
• 成爲JavaGC專家Part II — 如何監控Java垃圾回收機制, http://www.importnew.com/2057.html
• JDK5.0垃圾收集優化之--Don't Pause,http://calvin.iteye.com/blog/91905
• 【原】java內存區域理解-初步瞭解，http://iamzhongyong.iteye.com/blog/1333100
• 關於施用full gc頻繁的分析及解決：http://www.07net01.com/zhishi/383213.html

面試題：「你能不能談談，java GC是在何時，對什麼東西，作了什麼事情？」

本部分來自面試題：「你能不能談談，java GC是在何時，對什麼東西，作了什麼事情？」

面試題目：

地球人都知道，Java有個東西叫垃圾收集器，它讓建立的對象不須要像c/cpp那樣delete、free掉，你能不能談談，GC是在何時，對什麼東西，作了什麼事情？

一.回答：何時?

1.系統空閒的時候。

分析：這種回答大約佔30%，遇到的話通常我就會準備轉向別的話題，譬如算法、譬如SSH看看可否發掘一些他擅長的其餘方面。

2.系統自身決定，不可預測的時間/調用System.gc()的時候。

分析：這種回答大約佔55%，大部分應屆生都能回答到這個答案，起碼不能算錯誤是吧，後續應當細分一下究竟是語言表述致使答案太籠統，仍是自己就只有這樣一個模糊的認識。

3.能說出新生代、老年代結構，能提出minor gc/full gc

分析：到了這個層次，基本上能說對GC運做有概念上的瞭解，譬如看過《深刻JVM虛擬機》之類的。這部分不足10%。

4.能說明minor gc/full gc的觸發條件、OOM的觸發條件，下降GC的調優的策略。

分析：列舉一些我指望的回答：eden滿了minor gc，升到老年代的對象大於老年代剩餘空間full
gc，或者小於時被HandlePromotionFailure參數強制full
gc；gc與非gc時間耗時超過了GCTimeRatio的限制引起OOM，調優諸如經過NewRatio控制新生代老年代比例，經過
MaxTenuringThreshold控制進入老年前生存次數等……能回答道這個階段就會給我帶來比較高的指望了，固然面試的時候正常人都不會記得每一個參數的拼寫，我本身寫這段話的時候也是翻過手冊的。回答道這部分的小於2%。

總結：程序員不能具體控制時間，系統在不可預測的時間調用System.gc()函數的時候；固然能夠經過調優，用NewRatio控制newObject和oldObject的比例，用MaxTenuringThreshold 控制進入oldObject的次數，使得oldObject 存儲空間延遲達到full gc,從而使得計時器引起gc時間延遲OOM的時間延遲，以延長對象生存期。

二.回答：對什麼東西？

1.不使用的對象。

分析：至關於沒有回答，問題就是在問什麼對象纔是「不使用的對象」。大約佔30%。

2.超出做用域的對象/引用計數爲空的對象。

分析：這2個回答站了60%，至關高的比例，估計學校教java的時候老師就是這樣教的。第一個回答沒有解決個人疑問，gc到底怎麼判斷哪些對象在不在做用域的？至於引用計數來判斷對象是否可收集的，我能夠會補充一個下面這個例子讓面試者分析一下obj一、obj2是否會被GC掉？

class C{
         public Object x;
    }
    C obj一、obj2 = new C();
    obj1.x = obj2;
    obj2.x = obj1;
    obj一、obj2 = null;

3.從gc root開始搜索，搜索不到的對象。

分析：根對象查找、標記已經算是不錯了，小於5%的人能夠回答道這步，估計是引用計數的方式太「深刻民心」了。基本能夠獲得這個問題所有分數。
PS：有面試者在這個問補充強引用、弱引用、軟引用、幻影引用區別等，不是我想問的答案，但能夠加分。

4.從root搜索不到，並且通過第一次標記、清理後，仍然沒有復活的對象。

分析：我期待的答案。可是的確不多面試者會回答到這一點，因此在我心中回答道第3點我就給所有分數。

總結：超出了做用域或引用計數爲空的對象；從gc root開始搜索找不到的對象，並且通過一次標記、清理，仍然沒有復活的對象。

三.回答：作什麼？

1.刪除不使用的對象，騰出內存空間。

分析：同問題2第一點。40%。

2.補充一些諸如中止其餘線程執行、運行finalize等的說明。

分析：起碼把問題具體化了一些，若是像答案1那樣我很難在回答中找到話題繼續展開，大約佔40%的人。
補充一點題外話，面試時我最怕遇到的回答就是「這個問題我說不上來，可是遇到的時候我上網搜一下能作出來」。作程序開發確實不是去鍛鍊茴香豆的「茴」有幾種寫法，不死記硬揹我贊成，我不會糾語法、單詞，可是多少你說個思路呀，要直接回答一個上網搜，我徹底沒辦法從中獲取能夠評價應聘者的信息，也很難從回答中繼續發掘話題展開討論。建議你們儘可能回答引向本身熟悉的，可討論的領域，展示給面試官最擅長的一面。

3.能說出諸如新生代作的是複製清理、from survivor、to survivor是幹啥用的、老年代作的是標記清理、標記清理後碎片要不要整理、複製清理和標記清理有有什麼優劣勢等。

分析：也是看過《深刻JVM虛擬機》的基本都能回答道這個程度，其實到這個程度我已經比較期待了。一樣小於10%。

4.除了3外，還能講清楚串行、並行（整理/不整理碎片）、CMS等蒐集器可做用的年代、特色、優劣勢，而且能說明控制/調整收集器選擇的方式。

分析：同上面2個問題的第四點。

總結：刪除不使用的對象，回收內存空間；運行默認的finalize,固然程序員想馬上調用就用dipose調用以釋放資源如文件句柄，JVM用from survivor、to survivor對它進行標記清理，對象序列化後也可使它復活。

千萬不要說網上google下，就算說也要說出本身之前遇到這樣的問題是怎麼處理的，對這個知識有什麼認識想法，而後能夠反問下考官，這樣能夠不讓技術型的考官爲如何繼續話題而對你無語，呵呵。