Java虚拟机之垃圾收集过程
1、Java技术和JVM
1、JVM体系结构
HotSpot JVM拥有支持强大功能和功能基础的体系结构，并支持实现高性能和大规模可伸缩性的能力。 例如，HotSpot JVM JIT编译器会生成动态优化。
JVM主要的组件包括 classloader、运行时数据区和执行引擎。
2、调优关键组件
下图紫色高亮部分显示了与性能相关的JVM的关键组件。
在调整性能时，JVM有三个重点关注的组件：
堆是对象数据存储的地方。该区域由启动时选择的垃圾收集器管理。 大多数调优选项都与该区域有关，比如调整堆大小以及根据实际情况选择的最合适的垃圾收集器。 JIT编译器对性能有很大影响，但很少需要使用新版本的JVM进行调优。
3、性能基础
通常，在调优Java应用程序时，重点在于两个主要目标：响应性或吞吐量。
响应性
响应性是指应用程序或系统响应所请求数据的速度。例如：
- UI响应事件（Events）的速度
- 网站返回页面的速度
- 数据库查询返回的速度
吞吐量
吞吐量专注于在特定时间段内最大限度地提高应用程序的工作量。例如：
- 在给定时间内完成的交易数量。
- 批处理程序在一个小时内完成的作业数量。
- 在一个小时内完成的数据库查询的数量。
2、垃圾收集描述
什么是自动垃圾收集呢？
自动垃圾收集是查看堆内存的过程，识别哪些对象正在使用，哪些没有，以及删除未使用的对象。 一个正在使用的对象或一个被引用的对象，意味着你的程序的某个部分仍然保持着一个指向该对象的引用。 未使用的对象或未被引用的对象不再被程序的任何部分引用。 所以未被引用对象所使用的内存可以被回收。
在C程语言中，分配和释放内存是一个手动过程。 在Java中，释放内存的过程由垃圾收集器自动处理。 基本过程描述如下。
第一步：标记（Marking）
第一步就是找出哪些内存片段在使用，哪些没有用了。
第二部：正常删除
正常删除会删除掉标记过程中标记的未被引用的对象。
删除未被引用的对象后，内存分配器会保存可以分配新对象的可用空间块的引用。
第三部：压缩
为了进一步提高性能，除了删除未引用的对象之外，还可以压缩剩余的引用对象。 通过将引用对象移动到一起，这可以使得新的内存分配变得更加容易和快速。
为什么要分代收集？
如前所述，标记和压缩JVM中的所有对象效率不高。 随着越来越多的对象被分配，垃圾收集的时间也越来越长。 然而，应用程序的经验分析表明，大多数对象都是短生命周期的。
从上图可以看到，随着时间的推移，越来越少的对象保持着分配（ remain allocated）的状态，大多数对象都是短生命周期的。
为了增强JVM的性能，堆内存被分解成了几块，采用分代式管理：年轻带，老年代和永久代。
年轻代：刚刚被new 出来的对象被分配在此区域。内存管理使用minor garbage collection(小GC).
老年代：新生代中执行小粒度的GC幸存下来的”老”对象，内存管理使用major garbage collection(大GC).
永久代：包含应用的类/方法信息, 以及JRE库的类和方法信息.
小GC：执行非常频繁, 而且速度特别快.
大GC：一般会比小GC慢十倍以上.
Stop the World：中断程序运行, 直至GC完成，大小GC都会发出”Stop the World”事件。
3、GC分代收集过程
1、创建新的对象
每当我们使用new创建一个对象时, 这个对象会被分配到新生代的Eden区域。
2、当Eden区域满时
当Eden区域满时，就触发小GC。
引用可达的对象会移到Survivor(幸存者)区域–S0, 然后清空Eden区域, 此时引用不可达的对象会直接删除。
3、Eden再次满时
当Eden区域再次分配完后, 小GC执行, 引用可达的对象会移到Survivor(幸存者)区域, 而引用不可达的对象会跟随Eden的清空而删除回收.
这次引用可达的对象移动到的是S1的幸存者区， S0区域也会执行小GC, 将其中还引用可达的对象移动到S1区, 且年龄+1. 然后清空S0, 回收其中引用不可达的对象。
此时, 所有引用可达的对象都在S1区, 且S1区的对象存在不同的年龄。
当Eden又满时, S0和S1的角色互换。
4、当Survivor区的对象年龄达到”老年线”时
经过多次小GC后，Survivor区的对象年龄持续增长, 当其中某些对象年龄达到”老年线”, 例如8岁时, 它们会”晋升”到老年区。
随着小GC继续发生，对象将继续被提升到老一代空间。
以上就是年轻代的整分配回收过程。 最终，将对老年代进行一次大GC来清理和整理该空间。
4、常见的堆相关开关
| VM参数 | 参数描述 |
|---|---|
| -Xms | 设置初始堆大小 |
| -Xmx | 设置堆最大值 |
| -Xmn | 设置年轻代空间大小 |
| -XX:PermSize | 设置永久代初始大小 |
| -XX:MaxPermSize | 设置永久代最大值 |
| -XX:SurvivorRatio | 设置Eden区和survivor区的大小比例，默认是 8。 |
| -XX:NewRatio | 设置老年代/年轻代比例，默认是2 |
参考：
Java Garbage Collection Basics