java内存管理以及GC工作原理

http://blog.csdn.net/cnhzgb/article/details/7179419 jvm原理及优化

1、内存管理简介
内存管理的职责为分配内存，回收内存。
没有自动内存管理的语言/平台容易发生错误。
典型的问题包括悬挂指针问题，一个指针引用了一个已经被回收的内存地址，导致程序的运行完全不可知。
另一个典型问题为内存泄露，内存已经分配，但是已经没有了指向该内存的指针，导致内存泄露。
程序员要花费大量时间在调试该类问题上。

2、GC简介
因此引入了Garbage Collector机制，由运行时环境来自动管理内存。
Garbage Collector解决了悬挂指针和内存泄露大部分的问题(不是全部)。

注意Garbage Collector(简称Collector)和Garbage Collection(简称GC)的区别。

3、Collector的职责：
分配内存。
保证有引用的内存不被释放。
回收没有指针引用的内存。

对象被引用称为活对象，对象没有被引用称为垃圾对象/垃圾/垃圾内存，找到垃圾对象并回收是Collector的一个主要工作，该过程称为GC。

Collector一般使用一个称为堆的内存池来进行内存的分配和回收。
一般的，当堆内存满或者达到一个阀值时，堆内存或者部分堆内存被GC。

4、好的Collector的特性
保证有引用的对象不被GC。
快速的回收内存垃圾。
在程序运行期间GC要高效，尽量少的影响程序运行。和大部分的计算机问题一样，这是一个关于空间，时间，效率平衡的问题。
避免内存碎片，内存碎片导致占用大量内存的大对象内存申请难以满足。可以采用Compaction技术避免内存碎片。Compaction技术：把活对象移向连续内存区的一端，回收其余的内存以便以后的分配。
良好的扩展性，内存分配和GC在多核机器上不应该成为性能瓶颈。

5、GC性能指标
Throughput: 程序时间(不包含GC时间)/总时间。
GC overhead: GC时间/总时间。
Pause time: GC运行时程序挂起时间。
Frequency of GC: GC频率。
Footprint: a measure of size, such as heap size。
Promptness:对象变为垃圾到该垃圾被回收后内存可用的时间。

依赖于不同的场景，对于GC的性能指标的关注点也不一样。

6、分代GC
分代GC把内存划分为多个代(内存区域)，每个代存储不同年龄的对象。 常见的分为2代，young和old。
分配内存时，先从young代分配，如果young代已满，可以执行GC(可能导致对象提升)，如果有空间，则分配，如果young代还是没有空间，可以对整个内存堆GC。
young代GC后还存活的对象可以提升到old代。
该机制基于以下观察事实：
１　大部分新分配的对象很快就没有引用了，变成垃圾。
２　很少有old代对象引用young代对象。
基于代内存存储对象的特性，对不同代的内存可以使用不同的GC算法。
Young代GC需要高效，快速，频繁的执行，关注点主要在速度上。
Old代由于增长缓慢，因此GC不频繁，但是其内存空间比较大，因此，需要更长时间才能执行完GC。关注点在内存空间利用率上。

7、Java Collector
Jvm的内存分为3代。Young, Old, Permanent。
大部分对象存储在Young代。
在Young代中经历数次GC存活的对象可以提升到Old代，大对象也可以直接分配到Old代。
Permanent代保存虚拟机自己的静态(refective)数据，例如类(class)和方法(method)对象。
Young代由一个Eden和2个survivor组成。大部分的对象的内存分配和回收在这里完成。

Survivor存储至少经过一次GC存活下来的对象，以增大该对象在提升至old代前被回收的机会。2个survivor中有一个为空。分别为From和to survivor。

当young代内存满，执行young代GC(minor GC)。
当old或permanent代内存满，执行full GC(major GC)，所有代都被GC。一般先执行young GC，再执行old,　permanent GC。
有时old代太满，以至于如果young GC先运行，则无法存储提升的对象。这时，Young GC不运行，old GC算法在整个堆上运行(CMS collector是个例外，该collector不能运行在young 代上)。

调优

1. 年轻代大小选择
   
   • 响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。
   • 吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能到达Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用。
2. 年老代大小选择
   • 响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：
     • 并发垃圾收集信息
     • 持久代并发收集次数
     • 传统GC信息
     • 花在年轻代和年老代回收上的时间比例
     减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率
   • 吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。
3. 较小堆引起的碎片问题
   因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：
   • -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。
   • -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩

JVM给了三种选择： 串行收集器、并行收集器、并发收集器 ，但是串行收集器只适用于小数据量的情况，所以这里的选择主要针对并行收集器和并发收集器。默认情况下，JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他收集器需要在启动时加入相应参数。JDK5.0以后，JVM会根据当前 系统配置 进行判断。

1. 吞吐量优先的并行收集器
   如上文所述，并行收集器主要以到达一定的吞吐量为目标，适用于科学技术和后台处理等。
   典型配置：
   • java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k-XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20
     -XX:+UseParallelGC：选择垃圾收集器为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即上述配置下，年轻代使用并发收集，而年老代仍旧使用串行收集。
     -XX:ParallelGCThreads=20：配置并行收集器的线程数，即：同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配置与处理器数目相等。
     
   • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20-XX:+UseParallelOldGC
     -XX:+UseParallelOldGC：配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDK6.0支持对年老代并行收集。
     
   • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC-XX:MaxGCPauseMillis=100
     -XX:MaxGCPauseMillis=100:设置每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小，以满足此值。
     
   • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
     -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：设置此选项后，并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例，以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等，此值建议使用并行收集器时，一直打开。
2. 响应时间优先的并发收集器
   如上文所述，并发收集器主要是保证系统的响应时间，减少垃圾收集时的停顿时间。适用于应用服务器、电信领域等。
   典型配置：
   • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
     -XX:+UseConcMarkSweepGC：设置年老代为并发收集。测试中配置这个以后，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此时年轻代大小最好用-Xmn设置。
     -XX:+UseParNewGC:设置年轻代为并行收集。可与CMS收集同时使用。JDK5.0以上，JVM会根据系统配置自行设置，所以无需再设置此值。
   • java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
     -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理。
     -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片

1. 堆设置
   • -Xms:初始堆大小
   • -Xmx:最大堆大小
   • -XX:NewSize=n:设置年轻代大小
   • -XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
   • -XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
   • -XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
2. 收集器设置
   • -XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
   • -XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
   • -XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
   • -XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
3. 垃圾回收统计信息
   • -XX:+PrintGC
   • -XX:+PrintGCDetails
   • -XX:+PrintGCTimeStamps
   • -Xloggc:filename
4. 并行收集器设置
   • -XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
   • -XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
   • -XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)
5. 并发收集器设置
   • -XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
   • -XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。

jmap –histo pid 查询各种对象占用的内存大小。

jstat -gcutil 25126 6000 200 查看gc回收情况

jmap -heap 25126 查看tomcat jvm内存分配情况