4、JVM垃圾回收机制、新生代的GC、GC（Minor GC、FullGC）、GC日志、JVM参数选项、元空间（笔记）

4.JVM垃圾回收机制
4.1.新生代的GC
4.1.1.串行GC（SerialGC）
4.1.2.并行回收GC(Parallel Scavenge)
4.1.3.并行GC(ParNew)
4.2.GC（Minor GC、FullGC）
4.2.1.Minor GC
4.2.2.FullGC
4.3.GC日志

4.JVM垃圾回收机制

JVM分别对新生代和老年代采用不同的垃圾回收机制。

4.1.新生代的GC

新生代通常存活时间较短，因此基于复制算法来进行回收，所谓复制算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和其中一个Survivor，复制到另一个之间Survivor空间中，然后清理掉原来就是在Eden和其中一个Survivor中的对象。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从eden到 survivor，最后到老年代。

用java visualVM来查看，能明显观察到新生代满了后，会把对象转移到旧生代，然后清空继续装在，当旧生代也满了后，就会报OutOfMemory的异常。

在执行机制上JVM提供了串行GC(SerialGC)、并行回收GC(ParallelScavenge)和并行GC(ParNew)。

4.1.1.串行GC（SerialGC）

在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行，适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上，是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定。

4.1.2.并行回收GC(Parallel Scavenge)

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上，是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数。

4.1.3.并行GC(ParNew)

与旧生代的并发GC配合使用。

旧生代的GC:
旧生代与新生代不同，对象存活的时间比较长，比较稳定，因此采用标记（Mark）算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并，要么标记出来便于下次进行分配，总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。在执行机制上JVM提供了串行 GC（SerialMSC）、并行GC（parallelMSC）和并发GC（CMS），具体算法细节还有待进一步深入研究。

4.2.GC（Minor GC、FullGC）

GC分为两种：Minor GC、FullGC(或称为Major GC)。

4.2.1.Minor GC

从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存被称为Minor GC。
当发生Minor GC事件的时候，有一些有趣的地方需要注意到：
当 JVM 无法为一个新的对象分配空间时会触发 Minor GC，比如当 Eden 区满了。所以分配率越高，越频繁执行 Minor GC。
内存池被填满的时候，其中的内容全部会被复制，指针会从0开始跟踪空闲内存。Eden 和 Survivor 区进行了标记和复制操作，取代了经典的标记、扫描、压缩、清理操作。所以 Eden 和 Survivor 区不存在内存碎片。写指针总是停留在所使用内存池的顶部。
执行 Minor GC 操作时，不会影响到永久代。从永久代到年轻代的引用被当成 GC roots，从年轻代到永久代的引用在标记阶段被直接忽略掉。
质疑常规的认知，所有的 Minor GC都会触发”stop-the-world”，停止应用程序的线程。对于大部分应用程序，停顿导致的延迟都是可以忽略不计的。其中的真相就是，大部分 Eden区中的对象都能被认为是垃圾，永远也不会被复制到Survivor区或者老年代空间。如果正好相反，Eden 区大部分新生对象不符合 GC 条件，Minor GC 执行时暂停的时间将会长很多。

每次Minor GC会清理年轻代的内存。

Minor GC是发生在新生代中的垃圾收集动作，所采用的复制算法。

当一个对象被判定为”死亡”的时候，GC就有责任来回收掉这部分对象的内存空间。新生代是GC收集垃圾的频繁区域。

当对象在Eden (包括一个 Survivor 区域，这里假设是 from 区域)出生后，在经过一次Minor GC后，如果对象还存活，并且能够被另外一块Survivor区域所容纳(上面已经假设为 from 区域，这里应为to 区域，即to区域有足够的内存空间来存储Eden和from区域中存活的对象)，则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块Survivor区域(即to区域)中，然后清理所使用过的Eden以及Survivor区域(即from区域)，并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在Survivor 区每熬过一次 Minor GC，就将对象的年龄+ 1，当对象的年龄达到某个值时 ( 默认是 15 岁，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold来设定)，这些对象就会成为老年代。
但这也不是一定的，对于一些较大的对象(即需要分配一块较大的连续内存空间)则是直接进入到老年代。

4.2.2.FullGC

Full GC是发生在老年代的垃圾收集动作，所采用的是标记-清除算法。

现实的生活中，老年代的人通常会比新生代的人”早死”。堆内存中的老年代（Old）不同于这个老年代里面的对象几乎个个都是在Survivor区域中熬过来的，它们是不会那么容易就”死掉”了的。
因此，Full GC发生的次数不会有Minor GC那么频繁，并且做一次Full GC要比进行一次Minor GC的时间更长。

另外，标记-清除算法收集垃圾的时候会产生许多的内存碎片（即不连续的内存空间），此后需要为较大的对象分配内存空间时，若无法找到足够的连续的内存空间，就会提前触发一次GC的收集动作。

4.3.GC日志

案例

package com.toto.jvm;

public class Demo {
	public static void main(String[] args) {
		Object obj = new Object();
		System.gc();
		System.out.println();
		obj = new Object();
		obj = new Object();
		System.gc();
		System.out.println();
	}
}

设置VM arguments：-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

Run之后，输出结果：

System.gc()可以触发Full GC

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 5201K->752K(151552K)] 5201K->760K(498688K), 0.0012719 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 752K->0K(151552K)] [ParOldGen: 8K->536K(347136K)] 760K->536K(498688K), [Metaspace: 2587K->2587K(1056768K)], 0.0088355 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 2600K->96K(151552K)] 3137K->632K(498688K), 0.0005806 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 96K->0K(151552K)] [ParOldGen: 536K->535K(347136K)] 632K->535K(498688K), [Metaspace: 2588K->2588K(1056768K)], 0.0064823 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.02 secs] 

Heap
 PSYoungGen      total 151552K, used 2601K [0x0000000716d00000, 0x0000000721600000, 0x00000007c0000000)
  eden space 130048K, 2% used [0x0000000716d00000,0x0000000716f8a578,0x000000071ec00000)
  from space 21504K, 0% used [0x0000000720100000,0x0000000720100000,0x0000000721600000)
  to   space 21504K, 0% used [0x000000071ec00000,0x000000071ec00000,0x0000000720100000)
 ParOldGen       total 347136K, used 535K [0x00000005c4600000, 0x00000005d9900000, 0x0000000716d00000)
  object space 347136K, 0% used [0x00000005c4600000,0x00000005c4685f60,0x00000005d9900000)
 Metaspace       used 2594K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 288K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

设置JVM参数为-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails,使得控制台能够显示GC相关的日志信息，执行上面代码，下面是其中一次执行的结果。

jstate  -gc  -t  4235  1s

5.JVM参数选项

下面只列举其中的几个常用和容易掌握的配置选项

-Xms	初始堆大小。如：-Xms256m
-Xmx	最大堆大小。如：-Xmx512m
-Xmn	新生代大小。通常为Xmx的1/3 或1/4。新生代 = Eden + 2个Survivor空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个Survivor，即90%
-Xss	JDK1.5+每个线程堆栈大小为1M,一般来说如果栈不是很深的话，1M是绝对够用了的。
-XX:NewRatio	新生代与老年代的比例，如–XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的1/3，老年代占2/3
-XX:SurvivorRatio	新生代中Eden与Survivor 的比值。默认值为8。即 Eden占新生代空间的8/10，另外两个 Survivor 各占 1/10
-XX:PermSize	永久代（方法区）的初始大小
-XX:MaxPermSize	永久代（方法区）的最大值
-XX:+PrintGCDetails	打印GC信息
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError	让虚拟机在发生内存溢出时Dump出当前的内存堆转储快照，以便分析用。

-XX:Newratio: 设置Old和Yong的比例，比如值为2，则Old Generation是 Yong Generation的2倍，即Yong Generation占据内存的1/3
-XX:Newsize : 设置Yong Generation的初始值大小
-XX:Maxnewsize：设置Yong Generation的最大值大小
-XX:Surviorratio : 设置Eden和一个Suivior的比例，比如值为5，即Eden是To(S2)的比例是5，（From和To是一样大的），此时Eden占据Yong Generation的5/7

一般情况下，不允许-XX:Newratio值小于1，即Old要比Yong大。

6.元空间

元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小受本地内存限制。