知晓JVM系列（二）：JVM内存管理机制与优化初探 -

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知晓JVM系列（二）：JVM内存管理机制与优化初探

1.GC初探：

JVM的堆内存是程序开发常用到一块可以自己操作的内存区域，我们经常使用new产生的实例都存放在这片区域。正因为这块区域的自由度极高，所以管理起来也是相当的麻烦，所以JVM才设计了这一个GC机制帮助程序员进行内存管理，减少程序员手动的去管理内存带来的不必要的麻烦，提高内存使用效率和安全性。

JVM内存大小：限制于实际的最大物理内存，其限制因素跟其寄宿的操作系统的位数有关。JVM堆内存的初始分配由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；JVM最大分配的内存由 -Xmx指定，默认是物理内存的1/4。默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制

JVM堆内存结构如下：

JVM内存分配方式:

1、对象优先在EDEN分配

2、大对象直接进入老年代
3、长期存活的对象将进入老年代
4、适龄对象也可能进入老年代：动态对象年龄判断

GC（Garbage Collection）机制主要针对的是JVM中的堆内存，GC不会对非堆内存进行清理和回收。GC的回收内存机制是根据JVM堆内存模型来设计的，而整个堆内存模型的空间分配是满足对象的生命周期模型的。所以GC机制主要操作的内存区域有Eden pool、survivor from、survivor to、Tenured这四块内存区域，Eden与survivor同属于一个代区：Youth generation ，Tenured 属于Old generation。

2.常见GC算法

1. 引用计数（Reference Counting）

比较古老的回收算法。原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，只用收集计数为0的对象。此算法最致命的是无法处理循环引用的问题。
2. 标记-清除（Mark-Sweep）

此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。
3. 复制（Copying）
此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。次算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不过出现“碎片”问题。当然，此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍内存空间。
4. 标记-整理（Mark-Compact）
此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象，第二阶段遍历整个堆，把清除未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。

5. 增量收集（Incremental Collecting）
实施垃圾回收算法，即：在应用进行的同时进行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器没有使用这种算法的。
6. 分代（Generational Collecting）
基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把对象分为年青代、年老代、持久代，对不同生命周期的对象使用不同的算法（上述方式中的一个）进行回收。现在的垃圾回收器（从J2SE1.2开始）都是使用此算法的。

3.GC种类

1.单线程收集器（serial collector）

特点：使用单线程去完成所有的gc工作，没有线程间的通信，这种方式会相对高效，Client模式下默认。

2.并行收集器（parallel collector或叫throughput collector）

特点：使用多线程的方式，利用多CUP来提高GC的效率主要以到达一定的吞吐量为目标，但是只在young area使用使用多线程，Server模式下默认。

3.并发收集器（concurrent collector或叫concurrent low pause collector）

特点：使用多线程的方式,利用多CUP来提高GC的效率并发完成大部分工作，使得gc pause短。

4.GC类型

1. Scavenge GC （YGC）

一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就好触发Scavenge GC，堆Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。
2. Full GC （FGC）
对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC。有如下原因可能导致Full GC

5.衡量GC的指标（GC Metrics）

Throughput（吞吐量）：所有没有花在执行GC上的时间占总运行时间的比重。
Pauses（暂停）：当GC在运行时程序的暂停次数。或者是在感兴趣的暂停次数中，暂停的平均时长和最大时长。
Footprint（足迹？）：当前使用的堆内存大小。
Promptness（及时性）：不再使用的对象多久能被清除掉并释放其内存。

6.GC中对象的可触及状态

GC中对象的六种可触及状态

1.强可触及：对象可以从根结点不通过任何引用对象搜索到

2.软可触及：对象不是强可触及的，但是可以从根结点开始通过一个或多个（未被清除的）软引用对象触及

3.弱可触及：对象既不是强可触及也不是软可触及的，但是从根结点开始可以通过一个或多个弱引用对象触及

4.可复活的：对象既不是强可触及、软可触及，也不是弱可触及，但是仍然可能通过执行某些终结方法复活到这几种状态之一

5.影子可触及：不上以上任何可触及状态，也不能通过终结方法复活，并且它可以从根结点开始通过一个或多个影子引用对象触及（影子引用不会被垃圾收集器清除，由程序明确地清除）

6不可触及：就是已经准备回收的状态

7.GC过程

8.优化机制与操作

在Dos下使用java -X命令，查看具体配置命令

1.调整JVM堆内存各代空间比例与栈空间大小

(1). java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k

-Xmx3550m：设置JVM最大可用内存为3550M。

-Xms3550m：设置JVM促使内存为3550m。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。
-Xmn2g：设置年轻代大小为2G。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代

后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。
-Xss128k：设置每个线程的堆栈大小。

(2).java -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0

-XX:NewRatio=4:设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）。设置为4，则年轻代与年老代所占比值为

1：4，年轻代占整个堆栈的1/5
-XX:SurvivorRatio=4：设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4，一个

Survivor区占整个年轻代的1/6
-XX:MaxPermSize=16m:设置持久代大小为16m。
-XX:MaxTenuringThreshold=0：设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入年老代。对于年老代

比较多的应用，可以提高效率。

2.根据应用规模选择GC种类

(3).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。

(4).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。

(5).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。

(6).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。

-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

(7).Incremental mode

-XX:+CMSIncrementalMode default: disabled 启动i-CMS模式（must with -XX:+UseConcMarkSweepGC）

-XX:+CMSIncrementalPacing default: disabled 提供自动校正功能
-XX:CMSIncrementalDutyCycle=<N> default: 50 启动CMS的上线
-XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=<N> default: 10 启动CMS的下线
-XX:CMSIncrementalSafetyFactor=<N> default: 10 用来计算循环次数
-XX:CMSIncrementalOffset=<N> default: 0 最小循环次数（This is the percentage (0-100) by which the incremental mode duty

cycle is shifted to the right within the period between minor collections.）
-XX:CMSExpAvgFactor=<N> default: 25 提供一个指导收集数

3.调整GC清理的时间间隔

-XX:+UseParNewGC此命令可以加快minor收集时间。

-XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:+UseParNewGC此命令可以加快major收集时间

4.根据具体情况选择GC的算法

5.垃圾回收统计信息

-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename

注：在java -X中并没有-XX命令，此时用java -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

6.JVM运行模式选择：

(1).java -client

(2).java -server

7.常用监测工具