java虚拟机（4）

标记-清除算法（Mark-Sweep）

算法分为标记和清除连个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。
它的主要不足空间问题，标记清除之后会产出大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后再程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的联系内存而不得不提前出发另一个垃圾收集动作

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复制算法（Copying）

将可用内存按容量划分大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理吊。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要按顺序分配内存即可，实现简单，运行高线。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半

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比较-整理算法（Mark-Compact）

首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，后续步骤不是直接对可以回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

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虚拟机GC使用的算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational collection）算法并没有什么新的思路，只是根据对象存活的周期的不同将内存划分为几块，一般是把java堆分为新生代和年老代，这样可以根据各个年代的特点采用最合适的收集算法。
研究表明，新生代中对象98%是朝生夕死的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块江大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor[1]。当回收时，将Eden和Survivor中存活着的对象一次性的复制到另外一块Suvivor空间上，最后清理吊Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例为8：1，就试试每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%，只有10%的没存会被浪费，当然，98%的对象可回收只是一般常见下的数据，我， 没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指年老代）进行分配担保（Handle Promotion）。
在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就需用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而年老代中因为对象存活率搞，没有而外空间对他进行分配担保，就必须使用“标记-整理”算法来进行回收

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垃圾回收器列表

并行：垃圾收集的多线程的同事进行
并发：垃圾收集的多线程和应用的多线程同时进行

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注：吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+ 垃圾收集时间)
垃圾收集时间= 垃圾回收频率 * 单次垃圾回收时间

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垃圾回收器工作示意图

Serial/Serial old

最古老的，单线程，独占式，成熟，适合单CPU 服务器
-XX:UseSerialGC 新生代和年老代都是串行收集器
-XX:UsePaeNewGC 新生代使用ParNew，年老代使用Serial old
-XX:UseParallelGC 新生代使用ParallerGC，年老代使用Serial old

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ParNew

和Serial基本没有区别，唯一的区别：多线程，多CPU的，停顿时间比Serial少
-XX:+UseParNewGC 新生代使用PerNew，年老代使用Serial Old

Perallel Scavenge（ParallerGC）/ Parallel Old

关注吞吐量的垃圾收集器，高吞吐量则可以高效率地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。
所谓吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间），虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
-XX:+UseParallerOldGC：新生代使用ParallerGC，老年代使用Parallel Old
-XX:MaxGCPauseMills ：参数允许的值是一个大于0的毫秒数，收集器将尽可能地保证内存回收花费的时间不超过设定值。不过大家不要认为如果把这个参数的值设置得稍小一点就能使得系统的垃圾收集速度变得更快，GC停顿时间缩短是以牺牲吞吐量和新生代空间来换取的：系统把新生代调小一些，收集300MB新生代肯定比收集500MB快吧，这也直接导致垃圾收集发生得更频繁一些，原来10秒收集一次、每次停顿100毫秒，现在变成5秒收集一次、每次停顿70毫秒。停顿时间的确在下降，但吞吐量也降下来了。
-XX:GCTimeRatio参数的值应当是一个大于0且小于100的整数，也就是垃圾收集时间占总时间的比率，相当于是吞吐量的倒数。如果把此参数设置为19，那允许的最大GC时间就占总时间的5%（即1/（1+19）），默认值为99，就是允许最大1%（即1/（1+99））的垃圾收集时间。
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 当这个参数打开之后，就不需要手工指定新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比例（-XX：SurvivorRatio）、晋升老年代对象年龄（-XX：PretenureSizeThreshold）等细节参数了，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或者最大的吞吐量，这种调节方式称为GC自适应的调节策略。
如果对于收集器运作原来不太了解，手工优化存在困难的时候，使用Parallel Scavenge收集器配合自适应调节策略，把内存管理的调优任务交给虚拟机去完成将是一个不错的选择。只需要把基本的内存数据设置好（如-Xmx设置最大堆），然后使用MaxGCPauseMillis参数（更关注最大停顿时间）或GCTimeRatio（更关注吞吐量）参数给虚拟机设立一个优化目标，那具体细节参数的调节工作就由虚拟机完成了。自适应调节策略也是Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别。

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Concurrent Mark Sweep(CMS)

收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求。
从名字（包含“Mark Sweep”）上就可以看出，CMS收集器是基于“标记—清除”算法实现的，它的运作过程相对于前面几种收集器来说更复杂一些，整个过程分为4个步骤，包括：
初始标记-短暂，仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快。
并发标记-和用户的应用程序同时进行，进行GC RootsTracing的过程
重新标记-短暂，为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段稍长一些，但远比并发标记的时间短。
并发清除
由于整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除过程收集器线程都可以与用户线程一起工作，所以，从总体上来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的。
-XX:+UseConcMarkSweepGC ，表示新生代使用ParNew，老年代的用CMS

浮动垃圾

由于cms并发清理阶段用户线程还在运行着，伴随程序运行自然就会有新额垃圾不断的产生，这一部分垃圾出现在标记过程之后，cms无法在当次收集中处理掉它们，只好留待下一次GC时清理，这部分垃圾称之为“浮动垃圾”。

-XX:CMSInitalOccupyFraction,因为以上两点，因此CMS收集器不能像其他收集器那样等到年老代几乎完全被填满了再进行收集，需要预留一部分空间提供鬓发收集时的程序运作使用。在jdk早期版本的默认设置下，cms收集器当年老代使用了68%的空间后就会被激活。这个偏保守的设置，如果在用中年老代增长不是太快煤科院适当调高参数-XX:CMSInitatingOccupancyFraction的值来提高触发百分比，一遍降低内存回收次数从而获取更好的性能，在jdk1.6zhong ,cms收集器的启动阈值以及提升至92%，要是cms运行期间预留的内存无法满足程序需要，就会出现一次“Concurrent Mode Failure”失败，这时虚拟机将启动后备预案：临时启动Serial Old收集器来重新进行年老代的垃圾收集，这样停顿就很长了，所以说参数-XX:CMSInitatingOccupancyFraction设置得太高很容易导致大量“Concurrent Mode Failure”失败，性能反而会下降

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 为了解决上面的问题，cms收集器提供了一个这个开关参数（默认为打开），用于Cms收集器顶不住要进行FullGC时开启内存碎片的合并整理过程，内存整理的过程无法并发的，空间碎片问题没有了牡丹石停顿时间不得不变长。
-XX:CMSFullCsBeforeCompaction,这个参数是用于设置执行多少次不压缩的Full GC后，跟着来一次带压缩的（默认为0，表示每一次进入FullGC时都进行碎片整理）。

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G1

-XX:UseG1GC

并发与并行：G1能充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个CPU（CPU或者CPU核心）来缩短Stop-The-World停顿的时间，部分其他收集器原本需要停顿java线程执行的GC动作，G1收集器仍然可以通过并发的方式让java程序继续执行。
分代收集：与其他收集器一样，分代概念在G1中依然得以保留。虽然G1可以不需要其他收集配合就能独立管理整个GC堆，但它能够采用不同的方式去处理新创建的对象和已经存活了一段时间，熬过多次GC的旧对象以获取更好的收集效果
空间整合：与CMS的“标记-清理”算法不同，G1从整个来看是基于“标记-整理”
算法实现的收集器，从局部（两个Region之间）上来看是基于“复制”算法实现的，但无论如何，这两个算法都意味着G1运作期间不会产生内存空间碎片，收集后能提供完整的可用内存。这种特性有利于程序长时间运行，分配队形是不会因为无法找到连续内存空间而提前出发下一次GC。
内存布局：在G1之前的其他收集器进行收集的范围都是整个新生代或者年老代，而G1不是这样。使用G1收集器时，java堆的内存布局就与其他收集器有很大区别，它将整个java堆划分为多个相等的独立区域（region），虽然还保留新生代和年老代的概念，但是新生代和年老代不在是物理隔离了，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合

新生代GC:

回收Eden区和Survivor区，回收后，所有eden区被清空，存在一个Survivor区保存了部分数据。年老代区域会增多，因为部分新生代的对象会晋升为年老代。

并发标记周期：

• 初始标记：端正，仅仅只是标记一下GC Roots能直接连到的对象，速度很快，产生一个全局停顿，都伴随有一个新生代的GC
• 根区域扫描:扫描Survivor区可以直接到达的年老代区域；
• 并发标记阶段：扫描和查找整个堆的存活对象，并标记
• 重新标记： 会产生全局停顿，鬓发标记阶段的结果进行修正。
• 独占清理：会产生全局停顿，对GC回收比例进行排序，供混合收集阶段使用
• 并发清理：是被并清理完全空闲的区域，并发进行

混合收集

• 对含有垃圾比例较高Region进行回收
  G1当出现内存不足的情况吗，也可能进行FUllGC回收，
  -XX:MaxGCPauseMillis 指定目标的最大停顿时间，G1尝试调整新生代和年老代的比例，堆大小，晋升年龄来达到这个目标时间
  -XX:ParallerGCTreads：设置GC工作的线程数量；

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ZGC

ZGC通过技术手段把stw的情况控制在仅有一次，就是第一次的初始标记才会发生，这样也就不难理解为什么GC停顿时间不随着堆增大而上升了，再大我也是通过并发的时间去回收了
关键技术
1.有色指针（Colored Pointers）
2.加载屏障（Load Barrier）

Stop The Word现象

GC收集和我们GC调优的目标就是尽可能的坚守stw的时间和次数。

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内存分配和回收策略

对象有限在Eden分配，如果说Eden内存空间不足们就会发生minor GC
大对象直接进入年老代：大对象：需要大量连续内存空间的java对象，比如很长的字符串和大型数组，1、导致内存空间，还是需要体现进行垃圾护手回去连续空间来放他们，2、会进行大量的内存复制计算。

-XX:PretenureSizeThreshold参数，大于这个数量直接在年老代分配，缺省为0，表示绝不会直接分配在年老代。

长期存活的对象将进入年老代，默认为15岁，-XX:MaxTenuringThreshold调整
动态对象年龄判定：为了更好的适应不同程序的内存状况，虚拟机并不是永远的要求对象的年龄必须达到了MaxTenuringThreshold才能晋升老年代如果咋Survivor空间中相同年龄所有对象大小和总和大约Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄
空间分配担保：新生代中有大量的对象存活，survivor空间不够，当出现大量对象在MinorGC后仍然存活的情况（最极端的情况就是内存回收后新生代中所有对象都存活），就需要老年代进行分配担保，把Survivor无法容纳的对象直接进入老年代.只要老年代的连续空间大于新生代对象的总大小或者历次晋升的平均大小，就进行Minor GC，否则FullGC。

新生代配置

新生代大小配置优先级参数：
高：-xx:NewSize/MaxNewSize
中：-Xmn（NewSize = MaxNewSize ）
低：-XX:NewRatio 表示比例，例如=2，表示 新生代：老年代 = 1:2

-XX:SurvivorRatio 表示Eden和Survivor的比值
缺省为8表示 Eden:FromSurvivor:ToSurvivor=8:1:1

同样的代码情况下：

-Xms20M -Xmx20M -XX:+PrintGCDetails –Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2
没有垃圾回收
数组都在老年代

-Xms20M -Xmx20M -XX:+PrintGCDetails -Xmn7m -XX:SurvivorRatio=2
发生了垃圾回收
新生代存了部分数组，老年代也保存了部分数组，发生了晋升现象

-Xms20M -Xmx20M -XX:+PrintGCDetails -Xmn15m -XX:SurvivorRatio=8
新生代可以放下所有的数组
老年代没放

-Xms20M -Xmx20M -XX:+PrintGCDetails -XX:NewRatio=2
发生了垃圾回收
出现了空间分配担保，而且发生了FullGC

内存泄漏和内存溢出辨析

内存溢出：实实在在的内存空间不足导致；
内存泄漏：该释放的对象没有释放，多见于自己使用容器保存元素的情况下。

JDK为我们提供的工具

jps

列出当前机器上正在运行的虚拟机进程
-p :仅仅显示VM 标示，不显示jar,class, main参数等信息.
-m:输出主函数传入的参数. 下的hello 就是在执行程序时从命令行输入的参数
-l: 输出应用程序主类完整package名称或jar完整名称.
-v: 列出jvm参数, -Xms20m -Xmx50m是启动程序指定的jvm参数

jstat

是用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示本地或者远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据，在没有GUI图形界面，只提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。
假设需要每250毫秒查询一次进程2764垃圾收集状况，一共查询20次，那命令应当是：jstat-gc 2764 250 20
常用参数：
-class (类加载器)
-compiler (JIT)
-gc (GC堆状态)
-gccapacity (各区大小)
-gccause (最近一次GC统计和原因)
-gcnew (新区统计)
-gcnewcapacity (新区大小)
-gcold (老区统计)
-gcoldcapacity (老区大小)
-gcpermcapacity (永久区大小)
-gcutil (GC统计汇总)
-printcompilation (HotSpot编译统计)