一.數(shù)據(jù)類型

java虛擬機(jī)中，數(shù)據(jù)類型可以分為兩類：基本類型和引用類型。基本類型的變量保存原始值，即：它代表的值就是數(shù)值本身，而引用類型的變量保存引用值。“引用值”代表了某個(gè)對(duì)象的引用，而不是對(duì)象本身，對(duì)象本身存放在這個(gè)引用值所表示的地址的位置。

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基本類型包括：byte、short、int、long、char、float、double、boolean、returnAddress？？

引用類型包括：類類型、接口類型和數(shù)組

二.堆與棧

堆和棧是程序運(yùn)行的關(guān)鍵，很有必要它他們的關(guān)系說清楚。

棧是運(yùn)行時(shí)的單位，而堆是存儲(chǔ)的單元。

棧解決程序的運(yùn)行問題，即程序如何執(zhí)行，或者說如何處理數(shù)據(jù)，堆解決的是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問題，即數(shù)據(jù)怎么放，放在哪兒。

在java中一個(gè)線程就會(huì)相應(yīng)有一個(gè)線程棧與之對(duì)應(yīng)，這點(diǎn)很容易理解，因?yàn)椴煌木€程執(zhí)行邏輯有所不同，因此需要一個(gè)獨(dú)立的線程棧。而堆則是所有線程共享的。棧因?yàn)槭沁\(yùn)行單位，因此里面存儲(chǔ)的信息都是跟當(dāng)前線程（或程序）相關(guān)的信息。包括局部變量、程序運(yùn)行狀態(tài)、方法返回值等等，而堆只負(fù)責(zé)存儲(chǔ)對(duì)象信息。

為什么要把堆和棧區(qū)分出來呢？棧中不是也可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)嗎？

1. 從軟件設(shè)計(jì)的角度看，棧代表了處理邏輯，而堆代表了數(shù)據(jù)。這樣分開，使得處理邏輯更為清晰。分而治之的思想。這種隔離、模塊化的思想在軟件設(shè)計(jì)的方方面面都有體現(xiàn)。

2.堆與棧的分離，使得堆中的內(nèi)容可以被多個(gè)棧共享（也可以理解為多個(gè)線程訪問同一個(gè)對(duì)象）。這種共享的收益是很多的。一方面這種共享提供了一種有效的數(shù)據(jù)交互方式（如：共享內(nèi)存），另一方面，堆中的共享常量和緩存可以被所有棧訪問，節(jié)省了空間。

3. 棧因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)的需要，比如保存系統(tǒng)運(yùn)行的上下文，需要進(jìn)行地址段的劃分。由于棧只能向上增長(zhǎng)，因此就會(huì)限制住棧存儲(chǔ)內(nèi)容的能力，而堆不同，堆中的對(duì)象是可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)增長(zhǎng)的，因此棧和堆的拆分使得動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)成為可能，相應(yīng)棧中只需記錄堆中的一個(gè)地址即可。

4. 面向?qū)ο缶褪嵌押蜅５耐昝澜Y(jié)合。其實(shí)，面向?qū)ο蠓绞降某绦蚺c以前結(jié)構(gòu)化的程序在執(zhí)行上沒有任何區(qū)別。但是，面向?qū)ο蟮囊耄沟脤?duì)待問題的思考方式發(fā)生了改變，而更接近于自然方式的思考。當(dāng)我們把對(duì)象拆開，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)象的屬性其實(shí)就是數(shù)據(jù)，存放在堆中；而對(duì)象的行為（方法），就是運(yùn)行邏輯，放在棧中。我們?cè)诰帉憣?duì)象的時(shí)候，其實(shí)就是編寫了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也編寫了處理數(shù)據(jù)的邏輯。不得不承認(rèn)，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，確實(shí)很美。

在java中，Main函數(shù)就是棧的起始點(diǎn)，也是程序的起始點(diǎn)。

程序要運(yùn)行總是有一個(gè)起點(diǎn)的。同C語(yǔ)言一樣，java中的Main就是那個(gè)起點(diǎn)。無論什么java程序，找到main就找到了程序執(zhí)行的入口。

堆中存什么？棧中存什么？

堆中存的是對(duì)象。棧中存的是基本數(shù)據(jù)類型和堆中對(duì)象的引用。一個(gè)對(duì)象的大小是不可估計(jì)的，或者說是可以動(dòng)態(tài)變化的，但是在棧中，一個(gè)對(duì)象只對(duì)應(yīng)了一個(gè)4byte的引用（堆棧分離的好處）。

為什么不把基本類型放堆中呢？因?yàn)槠湔加玫目臻g一般是1~8個(gè)字節(jié)---需要空間比較少，而且因?yàn)槭腔绢愋停圆粫?huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的情況---長(zhǎng)度固定，因此棧中存儲(chǔ)就夠了，如果把它存在堆中是沒有什么意義的（還會(huì)浪費(fèi)空間，后面說明）。可以這么說，基本類型和對(duì)象的引用都是存放在棧中，而且都是幾個(gè)字節(jié)的一個(gè)數(shù)，因此在程序運(yùn)行時(shí)，它們的處理方式是統(tǒng)一的。但是基本類型、對(duì)象引用和對(duì)象本身就有所區(qū)別了，因?yàn)橐粋€(gè)是棧中的數(shù)據(jù)一個(gè)是堆中的數(shù)據(jù)。最常見的一個(gè)問題就是，java中參數(shù)傳遞時(shí)的問題。

java中的參數(shù)傳遞是傳值呢？還是傳引用？

1. 不要試圖與C進(jìn)行類比，java中沒有指針的概念。

2. 程序運(yùn)行永遠(yuǎn)都是在棧中進(jìn)行的，因而參數(shù)傳遞時(shí)，只存在傳遞基本類型和對(duì)象引用的問題。不會(huì)直接傳遞對(duì)象本身。

明確以上兩點(diǎn)后。java在方法調(diào)用傳遞參數(shù)時(shí)，因?yàn)闆]有指針，所以它都是進(jìn)行傳值調(diào)用（這點(diǎn)可以參考C的傳值調(diào)用）。因此，很多書里面都說java是進(jìn)行傳值調(diào)用，這點(diǎn)沒有問題，而且也簡(jiǎn)化了C中復(fù)雜性。

但是傳引用的錯(cuò)覺是如何造成的呢？在運(yùn)行棧中，基本類型和引用的處理是一樣的，都是傳值，所以，如果是傳引用的方法調(diào)用，也同時(shí)可以理解為“傳引用值”的傳值調(diào)用，即引用的處理跟基本類型是完全一樣的。但是當(dāng)進(jìn)入被調(diào)用方法時(shí)，被傳遞的這個(gè)引用的值，被程序解釋（或者查找）到堆中的對(duì)象，這個(gè)時(shí)候才對(duì)應(yīng)到真正的對(duì)象。如果此時(shí)進(jìn)行修改，修改的是引用對(duì)應(yīng)的對(duì)象，而不是對(duì)象本身，即：修改的是堆中的數(shù)據(jù)。所以這個(gè)修改是可以保持的。

對(duì)象，從某種意義上說，是由基本類型組成的。可以把一個(gè)對(duì)象看作為一棵樹，對(duì)象的屬性如果還是對(duì)象，則還是一棵樹（即非葉子節(jié)點(diǎn)），基本類型則為樹的葉子節(jié)點(diǎn)。程序參數(shù)傳遞時(shí)，被傳遞的值本身都是不能進(jìn)行修改的，但是，如果這個(gè)值是一個(gè)非葉子節(jié)點(diǎn)（即一個(gè)對(duì)象引用），則可以修改這個(gè)節(jié)點(diǎn)下面的所有內(nèi)容。

堆和棧中，棧是程序運(yùn)行最根本的東西。程序運(yùn)行可以沒有堆，但是不能沒有棧。而堆是為棧進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的，說白了堆就是一塊共享的內(nèi)存。不過，正是因?yàn)槎押蜅５姆蛛x的思想，才使得java的垃圾回收成為可能。

java中，棧的大小通過-Xss來設(shè)置，當(dāng)棧中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比較多時(shí)，需要適當(dāng)調(diào)大這個(gè)值，否則會(huì)出現(xiàn) java.lang.StackOverflowError異常。常見的出現(xiàn)這個(gè)異常的是無法返回的遞歸，因?yàn)榇藭r(shí)棧中保存的信息都是方法返回的記錄點(diǎn)。

java對(duì)象的大小

基本數(shù)據(jù)類型的大小是固定的，這里就不多說了，對(duì)于非基本類型的java對(duì)象，其大小就值得商討。

在java中，一個(gè)空Object對(duì)象的大小是8byte，這個(gè)大小只是保存堆中一個(gè)沒有任何屬性的對(duì)象的大小。看看下面語(yǔ)句：

Object ob = new Object();

這樣在程序中完成了一個(gè)java對(duì)象的聲明，但是它所占的空間為：4byte+8byte。4byte是上面部分所說的java棧中保存引用的所需要空間。

而那8byte則是java堆中對(duì)象的信息。因?yàn)樗械膉ava非基本類型的對(duì)象都需要默認(rèn)繼承Object對(duì)象，因此不論什么樣的java對(duì)象，其大小都必須是大于8byte。

有了Object對(duì)象的大小，我們就可以計(jì)算其他對(duì)象的大小了。

其大小為：空對(duì)象大小(8byte)+int大小(4byte)+Boolea大小(1byte)+空Object引用的大小(4byte)=17byte。但是因?yàn)閖ava在對(duì)對(duì)象內(nèi)存分配時(shí)都是以8的整數(shù)倍來分的，因此大于17byte的最接近8的整數(shù)倍的是24，因此此對(duì)象的大小為24byte。

這里需要注意一下基本類型的包裝類型的大小。因?yàn)檫@種包裝類型已經(jīng)成為對(duì)象了，因此需要把它們作為對(duì)象來看待。包裝類型的大小至少是12byte(聲明一個(gè)空Object至少需要的空間)，而且12byte沒有包含任何有效信息，同時(shí)，因?yàn)閖ava對(duì)象大小是8的整數(shù)倍，因此一個(gè)基本類型包裝類的大小至少是16byte。這個(gè)內(nèi)存占用是很恐怖的，它是使用基本類型的N倍(N>2)，這些類型的內(nèi)存占用更是夸張。因此，可能的話應(yīng)盡量少使用包裝類。在JDK5.0以后，因?yàn)榧尤肓俗詣?dòng)類型裝換，因此，java虛擬機(jī)會(huì)在存儲(chǔ)方面進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

引用類型

對(duì)象引用類型分為強(qiáng)引用、軟引用、弱引用和虛引用

強(qiáng)引用：就是我們一般聲明對(duì)象時(shí)虛擬機(jī)生成的引用，強(qiáng)引用環(huán)境下，垃圾回收時(shí)需要嚴(yán)格判斷當(dāng)前對(duì)象是否被強(qiáng)引用，如果被強(qiáng)引用，則不會(huì)被垃圾回收。

軟引用：軟引用一般被作為緩存來使用。與強(qiáng)引用的區(qū)別是，軟引用在垃圾回收時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的剩余內(nèi)存來決定是否對(duì)軟引用進(jìn)行回收。如果剩余內(nèi)存比較緊張，則虛擬機(jī)會(huì)回收軟引用所引用的空間，如果剩余內(nèi)存相對(duì)富裕，則不會(huì)進(jìn)行回收。換句話說，虛擬機(jī)在發(fā)生OutOfMemory時(shí)，肯定是沒有軟引用存在的。在此我向大家推薦一個(gè)架構(gòu)學(xué)習(xí)交流圈。交流學(xué)習(xí)企鵝圈號(hào)：948368769 里面會(huì)分享一些資深架構(gòu)師錄制的視頻錄像：有Spring，MyBatis，Netty源碼分析，高并發(fā)、高性能、分布式、微服務(wù)架構(gòu)的原理，JVM性能優(yōu)化、分布式架構(gòu)等這些成為架構(gòu)師必備的知識(shí)體系。還能領(lǐng)取免費(fèi)的學(xué)習(xí)資源，目前受益良多

弱引用：弱引用與軟引用類似，都是作為緩存來使用。但與軟引用不同，弱引用在進(jìn)行垃圾回收時(shí)，是一定會(huì)被回收掉的，因此其生命周期只存在于一個(gè)垃圾回收周期內(nèi)。

強(qiáng)引用不用說，我們系統(tǒng)一般在使用時(shí)都是用的強(qiáng)引用。而“軟引用”和“弱引用”比較少見。他們一般被作為緩存使用，而且一般是在內(nèi)存比較受限的情況下作為緩存。

因?yàn)槿绻麅?nèi)存足夠大的話，可以直接使用強(qiáng)引用作為緩存即可，同時(shí)可控性更高。因而，他們常見的是被使用在桌面應(yīng)用系統(tǒng)的緩存。

“虛引用”顧名思義，就是形同虛設(shè)，與其他幾種引用都不同，虛引用并不會(huì)決定對(duì)象的生命周期。如果一個(gè)對(duì)象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時(shí)候都可能被垃圾回收器回收。

虛引用主要用來跟蹤對(duì)象被垃圾回收器回收的活動(dòng)。虛引用與軟引用和弱引用的一個(gè)區(qū)別在于：虛引用必須和引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用。當(dāng)垃圾回收器準(zhǔn)備回收一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用，就會(huì)在回收對(duì)象的內(nèi)存之前，把這個(gè)虛引用加入到與之 關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue ();

PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue);

程序可以通過判斷引用隊(duì)列中是否已經(jīng)加入了虛引用，來了解被引用的對(duì)象是否將要被垃圾回收。如果程序發(fā)現(xiàn)某個(gè)虛引用已經(jīng)被加入到引用隊(duì)列，那么就可以在所引用的對(duì)象的內(nèi)存被回收之前采取必要的行動(dòng)。

可以從不同的角度去劃分垃圾回收算法：

按照基本回收策略分

引用計(jì)數(shù)（Reference Counting）

比較古老的回收算法。原理是此對(duì)象有一個(gè)引用，即增加一個(gè)計(jì)數(shù)，刪除一個(gè)引用則減少一個(gè)計(jì)數(shù)。垃圾回收時(shí)，只用收集計(jì)數(shù)為0的對(duì)象。此算法最致命的是無法處理循環(huán)引用的問題。

標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）

此算法執(zhí)行分兩階段。第一階段從引用根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用的對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把未標(biāo)記的對(duì)象清除。此算法需要暫停整個(gè)應(yīng)用，同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

復(fù)制（Copying）

此算法把內(nèi)存空間劃分為兩個(gè)相等的區(qū)域，每次只是用其中一個(gè)區(qū)域。垃圾回收時(shí)，遍歷當(dāng)前使用區(qū)域，把正在使用中的對(duì)象復(fù)制到另外一個(gè)區(qū)域中。此算法每次只處理正在使用中的對(duì)象，因此復(fù)制成本比較小，同時(shí)復(fù)制過去以后還能進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不會(huì)出現(xiàn)“碎片”問題？？。當(dāng)然，此算法的缺點(diǎn)也是比較明顯的，就是需要兩倍內(nèi)存空間。

標(biāo)記-整理（Mark-Compact）

此算法結(jié)合了“標(biāo)記-清除”和“復(fù)制”兩個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)。也是分兩個(gè)階段，第一階段從根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把清除未標(biāo)記對(duì)象并且把存活對(duì)象“壓縮”到堆中的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問題，同時(shí)也避免了“復(fù)制”算法的空間問題。

按分區(qū)對(duì)待的方式分

增量收集（Incremental Collecting）：實(shí)時(shí)垃圾回收算法，即：在應(yīng)用進(jìn)行的同時(shí)進(jìn)行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器沒有使用這種算法。

分代收集（Generational Collecting）：基于對(duì)對(duì)象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把對(duì)象分為年輕代、年老代、持久代，對(duì)不同生命周期的對(duì)象使用不同的算法（上述方式中的一個(gè)）進(jìn)行回收。現(xiàn)在的垃圾回收器（從J2SE1.2開始）都是使用此算法的。

按系統(tǒng)線程分

串行收集：串行收集使用單線程處理所有垃圾回收工作，因?yàn)闊o需多線程交互，實(shí)現(xiàn)容易，而且效率比較高。但是，其局限性也比較明顯，即無法使用多處理器的優(yōu)勢(shì)，所以此收集適合單處理器機(jī)器。當(dāng)然，此收集器也可以用在小數(shù)據(jù)量（100M左右）情況下的多處理器機(jī)器上。

并行收集：并行收集使用多線程處理垃圾回收工作，因而速度快，效率高。而且理論上CPU數(shù)目越多，越能體現(xiàn)出并行收集器的優(yōu)勢(shì)。

并發(fā)收集：GC線程和應(yīng)用線程大部分時(shí)間是并發(fā)執(zhí)行，只是在初始標(biāo)記（initial mark）和二次標(biāo)記（remark）時(shí)需要stop-the-world，這可以大大縮短停頓時(shí)間（pause time），所以適用于響應(yīng)時(shí)間優(yōu)先的應(yīng)用，減少用戶等待時(shí)間。由于GC是和應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，只有在多CPU場(chǎng)景下才能發(fā)揮其價(jià)值，在執(zhí)行過程中還會(huì)產(chǎn)生新的垃圾floating garbage，如果等空間滿了再開始GC，那這些新產(chǎn)生的垃圾就沒地方放了，這時(shí)就會(huì)啟動(dòng)一次串行GC，等待時(shí)間將會(huì)很長(zhǎng)，所以要在空間還未滿時(shí)就要啟動(dòng)GC。mark和sweep操作會(huì)引起很多碎片，所以間隔一段時(shí)間需要整理整個(gè)空間，否則遇到大對(duì)象，沒有連續(xù)空間也會(huì)啟動(dòng)一次串行GC。采用此收集器（如tenured generation），收集頻率不能大，否則會(huì)影響到cpu的利用率，進(jìn)而影響吞吐量。。

如何區(qū)分垃圾

上面說到的“引用計(jì)數(shù)”法，通過統(tǒng)計(jì)控制生成對(duì)象和刪除對(duì)象是的引用數(shù)來判斷。垃圾回收程序收集計(jì)數(shù)為0的對(duì)象即可。但是這種方法無法解決循環(huán)引用。所以，后來實(shí)現(xiàn)的垃圾判斷算法中，都是從程序運(yùn)行的根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，遍歷整個(gè)對(duì)象引用，查找存活的對(duì)象，那么在這種方式的實(shí)現(xiàn)中，垃圾回收從哪兒開始的呢？即，從哪兒開始查找哪些對(duì)象是正在被當(dāng)前系統(tǒng)使用的，上面分析的堆和棧的區(qū)別，其中棧是真正進(jìn)行程序執(zhí)行的地方，所以要獲取哪些對(duì)象正在被使用，則需要從java棧開始。同時(shí)，一個(gè)棧是與一個(gè)線程對(duì)應(yīng)的，因此，如果有多個(gè)線程的話，則必須對(duì)這些線程對(duì)應(yīng)的所有的棧進(jìn)行檢查。

同時(shí)，除了棧外，還有系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的寄存器等，也是存儲(chǔ)程序運(yùn)行數(shù)據(jù)的。這樣，以棧或寄存器中的引用為起點(diǎn)，我們可以找到堆中的對(duì)象，又從這些對(duì)象找到對(duì)堆中其它對(duì)象的引用，這種引用逐步擴(kuò)展，最終以null引用或者基本類型結(jié)束，這樣就形成了一顆以java棧中引用所對(duì)應(yīng)的對(duì)象為根節(jié)點(diǎn)的一顆對(duì)象樹，如果棧中有多個(gè)引用，則最終會(huì)形成多顆對(duì)象樹。在這些對(duì)象樹上的對(duì)象，都是當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行所需要的對(duì)象，不能被垃圾回收，而其他剩余對(duì)象，則可以視為無法被引用到的對(duì)象，可以被當(dāng)做垃圾進(jìn)行回收。

因此，垃圾回收的起點(diǎn)是一些根對(duì)象（java棧、靜態(tài)變量、寄存器...）。而最簡(jiǎn)單的java棧就是java程序執(zhí)行的main函數(shù)。這種回收方式，也是上面提到的“標(biāo)記-清除”的回收方式。

如何處理碎片

由于不同java對(duì)象存活時(shí)間是不一定的，因此，在程序運(yùn)行一段時(shí)間以后，如果不進(jìn)行內(nèi)存整理，就會(huì)出現(xiàn)零散的內(nèi)存碎片。碎片最直接的問題就是會(huì)導(dǎo)致無法分配大塊的內(nèi)存空間，以及程序運(yùn)行效率降低。所以，在上面提到的基本垃圾回收算法中 ，“復(fù)制”方式和“標(biāo)記-整理”方式，都可以解決碎片的問題。

如何解決同時(shí)存在的對(duì)象創(chuàng)建和對(duì)象回收問題

垃圾回收線程是回收內(nèi)存的，而程序運(yùn)行線程則是消耗（或分配）內(nèi)存的，一個(gè)回收內(nèi)存，一個(gè)分配內(nèi)存，從這點(diǎn)看，兩者是矛盾的。因此，在現(xiàn)有的垃圾回收方式中，要進(jìn)行垃圾回收前，一般都需要暫停整個(gè)應(yīng)用（即：暫停內(nèi)存的分配），然后進(jìn)行垃圾回收，回收完成后再繼續(xù)應(yīng)用。這種實(shí)現(xiàn)方式是最直接，而且最有效的解決二者矛盾的方式。

但是這種方式有一個(gè)很明顯的弊端，就是當(dāng)堆空間持續(xù)增大時(shí)，垃圾回收的時(shí)間也將會(huì)相應(yīng)的持續(xù)增大，相應(yīng)應(yīng)用暫停的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)的增大。一些相應(yīng)時(shí)間要求很高的應(yīng)用，比如最大暫停時(shí)間要求是幾百毫秒，那么當(dāng)堆空間大于幾個(gè)G時(shí)，就很有可能超過這個(gè)限制，在這種情況下，垃圾回收將會(huì)成為系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)瓶頸。為解決這種矛盾，有了并發(fā)垃圾回收算法，使用這種算法，垃圾回收線程與程序運(yùn)行線程同時(shí)運(yùn)行。在這種方式下，解決了暫停的問題，但是因?yàn)樾枰谛律蓪?duì)象的同時(shí)又要回收對(duì)象，算法復(fù)雜性會(huì)大大增加，系統(tǒng)的處理能力也會(huì)相應(yīng)降低，同時(shí)，“碎片”問題將會(huì)比較難解決，以后研究的重點(diǎn)！！！！！！。

為什么要分代

分代的垃圾回收策略，是基于這樣一個(gè)事實(shí)：不同的對(duì)象的生命周期是不一樣的。因此，不同聲明周期的對(duì)象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。

在Java程序運(yùn)行的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的對(duì)象，其中有些對(duì)象是與業(yè)務(wù)信息相關(guān)，比如Http請(qǐng)求中的Session對(duì)象、線程、Socket連接，這類對(duì)象跟業(yè)務(wù)直接掛鉤，因此生命周期比較長(zhǎng)。但是還有一些對(duì)象，主要是程序運(yùn)行過程中生成的臨時(shí)變量，這些對(duì)象生命周期比較短，比如：String對(duì)象，由于其不變類的特性，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的這些對(duì)象，有些對(duì)象甚至只用一次即可回收。

是想，在不進(jìn)行對(duì)象存活時(shí)間區(qū)分的情況下，每次垃圾回收都是對(duì)整個(gè)堆空間進(jìn)行回收，花費(fèi)時(shí)間相對(duì)會(huì)長(zhǎng)，同時(shí)，因?yàn)槊看位厥斩夹枰闅v所有存活對(duì)象，但實(shí)際上，對(duì)于生命周期長(zhǎng)的對(duì)象而言，這種遍歷是沒有效果的，因?yàn)榭赡苓M(jìn)行了很多次遍歷，但是它們依舊存在。因此，分代垃圾回收采用分治的思想，進(jìn)行代的劃分，把不同生命周期的對(duì)象放在不同代上，不同代上采用最適合它的垃圾回收方式進(jìn)行回收。

如何分代

如圖所示：

虛擬機(jī)中共劃分了三個(gè)代：年輕代（Young Generation）、年老代（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。

其中持久代主要存放的是java類的類信息，與垃圾收集要收集的java對(duì)象關(guān)系不大。年輕代和年老代的劃分是對(duì)垃圾收集影響比較大的。

年輕代：

所有新生成的對(duì)象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標(biāo)就是盡可能快速的收集掉那些生命周期短的對(duì)象。年輕代分為三個(gè)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè)Survivor區(qū)（一般而言）。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，還存活的對(duì)象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個(gè)中的一個(gè)），當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)滿時(shí)，此區(qū)的存活將被復(fù)制到另外一個(gè)Survivor區(qū)，當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)也滿了的時(shí)候，從第一個(gè)Survivor區(qū)復(fù)制過來的并且此時(shí)還存活的對(duì)象，將被復(fù)制“年老區(qū)（Tenured）”。需要注意，Survivor的兩個(gè)區(qū)是對(duì)稱的，沒先后關(guān)系，所以同一個(gè)區(qū)中可能同時(shí)存在從Eden復(fù)制過來的對(duì)象和從前一個(gè)Survivor復(fù)制過來的對(duì)象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個(gè)Survivor區(qū)過來的對(duì)象。而且，Survivor區(qū)總有一個(gè)是空的。同時(shí)，根據(jù)程序需要，Survivor區(qū)是可以配置為多個(gè)的（多于兩個(gè)），這樣可以增加對(duì)象在年輕代中的存在時(shí)間，減少被放到年老代的可能。在此我向大家推薦一個(gè)架構(gòu)學(xué)習(xí)交流圈。交流學(xué)習(xí)企鵝圈號(hào)：948368769 里面會(huì)分享一些資深架構(gòu)師錄制的視頻錄像：有Spring，MyBatis，Netty源碼分析，高并發(fā)、高性能、分布式、微服務(wù)架構(gòu)的原理，JVM性能優(yōu)化、分布式架構(gòu)等這些成為架構(gòu)師必備的知識(shí)體系。還能領(lǐng)取免費(fèi)的學(xué)習(xí)資源，目前受益良多

年老代：

在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象，就會(huì)被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象。

持久代：

用于存放靜態(tài)文件，如java類、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class,例如Hibernate等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久空間來存放這些運(yùn)行過程中新增的類。持久代大小通過 -XX:MaxPermSize = <N> 進(jìn)行設(shè)置。

什么情況下觸發(fā)垃圾回收

由于對(duì)象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類型：Scavenge GC 和 Full GC

Scavenge GC

一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Scavenge GC，對(duì)Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。這種方式的GC是對(duì)年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會(huì)影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱?duì)象都是從Eden區(qū)開始的，同時(shí)Eden區(qū)不會(huì)分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會(huì)頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden區(qū)能盡快空閑出來。

Full GC

對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured 和 Perm。Full GC 因?yàn)樾枰獙?duì)整個(gè)堆進(jìn)行回收，所以比 Scavenge GC 要慢，因此應(yīng)該盡可能減少 Full GC 的次數(shù)。在對(duì)JVM調(diào)優(yōu)的過程中，很大一部分工作就是對(duì)于 Full GC 的調(diào)節(jié)。

有如下原因可能導(dǎo)致Full GC:

. 年老代（Tenured）被寫滿

. 持久代（Perm）被寫滿

. System.gc()被顯式調(diào)用

. 上一次GC之后Heap的各域分配策略動(dòng)態(tài)變化

分代垃圾回收流程示意

選擇合適的垃圾收集算法

串行收集器

用單線程處理所有垃圾回收工作，因?yàn)闊o需多線程交互，所有效率比較高。但是，也無法使用多處理器的優(yōu)勢(shì)，所以此收集器適合單處理器機(jī)器。當(dāng)然，此收集器也可以用在小數(shù)據(jù)量（100M左右）情況下的多處理器機(jī)器上。可以使用 -XX:+UseSerialGC打開。

并行收集器

對(duì)年輕代進(jìn)行并行垃圾回收，因此可以減少垃圾回收時(shí)間。一般在多線程多處理器機(jī)器上使用。使用 -XX:+UseParallelGC 打開。并行收集器在 J2SE5.0第六6更新上引入，在java SE6.0中進(jìn)行了增強(qiáng) --- 可以對(duì)年老代進(jìn)行并行收集。如果年老代不使用并行收集的話，默認(rèn)是使用單線程進(jìn)行垃圾回收，因此會(huì)制約擴(kuò)展能力。使用 -XX:+UseParallelOldGC打開。

使用 -XX:ParallelGCThreads = <N> 設(shè)置并行垃圾回收的線程數(shù)。此值可以設(shè)置與機(jī)器處理器數(shù)量相等。

此收集器可以進(jìn)行如下配置：

最大垃圾回收暫停：指定垃圾回收時(shí)的最長(zhǎng)暫停時(shí)間，通過-XX:MaxGCPauseMillis = <N>指定。<N> 為毫秒，如果指定了此值的話，堆大小和垃圾回收相關(guān)參數(shù)會(huì)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到指定值。設(shè)定此值可能會(huì)減少應(yīng)用的吞吐量。

吞吐量：吞吐量為垃圾回收時(shí)間與非垃圾回收時(shí)間的比值，通過-XX:GCTimeRatio = <N> 來設(shè)定，公式為 1/(1 + N)。例如，-XX:GCTimeRatio = 19時(shí)，表示5%的時(shí)間用于垃圾回收。默認(rèn)情況為99，即1%的時(shí)間用于垃圾回收。

并發(fā)收集器

可以保證大部分工作都并發(fā)進(jìn)行（應(yīng)用不停止），垃圾回收只暫停很少的時(shí)間，此收集器適合對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求比較高的中、大規(guī)模應(yīng)用。使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC打開。

并發(fā)收集器主要減少年老代的暫停時(shí)間，它在應(yīng)用不停止的情況下使用獨(dú)立的垃圾回收線程，跟蹤可達(dá)對(duì)象。在每個(gè)年老代垃圾回收周期中，在收集初期并發(fā)收集器會(huì)對(duì)整個(gè)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)短的暫停。在收集中還會(huì)再暫停一次。第二次暫停會(huì)比第一次稍長(zhǎng)，在此過程中多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行垃圾回收工作。

并發(fā)收集器使用處理器換來短暫的停頓時(shí)間。在一個(gè)N個(gè)處理器的系統(tǒng)上，并發(fā)收集部分使用 k/N 個(gè)可用處理器進(jìn)行回收，一般情況下 1 <= k <= N / 4。

在只有一個(gè)處理器的主機(jī)上使用并發(fā)收集器，設(shè)置為 incremental mode 模式也可獲得較短的停頓時(shí)間。

浮動(dòng)垃圾：由于在應(yīng)用運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收進(jìn)行完成時(shí)產(chǎn)生，這樣就造成了“Floating Garbage”，這些垃圾需要在下次垃圾回收周期時(shí)才能回收掉。所以，并發(fā)收集器一般需要20%的預(yù)留空間用于這些浮動(dòng)垃圾。在此我向大家推薦一個(gè)架構(gòu)學(xué)習(xí)交流圈。架構(gòu)交流學(xué)習(xí)企鵝圈號(hào)：948368769 里面會(huì)分享一些資深架構(gòu)師錄制的視頻錄像：有Spring，MyBatis，Netty源碼分析，高并發(fā)、高性能、分布式、微服務(wù)架構(gòu)的原理，JVM性能優(yōu)化、分布式架構(gòu)等這些成為架構(gòu)師必備的知識(shí)體系。還能領(lǐng)取免費(fèi)的學(xué)習(xí)資源，目前受益良多

Concurrent Mode Failure：并發(fā)收集器在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)進(jìn)行收集，所以需要保證堆在垃圾回收的這段時(shí)間有足夠的空間供程序使用，否則，垃圾回收還未完成，堆空間先滿了。這種情況下將會(huì)發(fā)生“并發(fā)模式失敗”，此時(shí)整個(gè)應(yīng)用將會(huì)暫停，進(jìn)行垃圾回收。

啟動(dòng)并發(fā)收集器：因?yàn)椴l(fā)收集在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)進(jìn)行收集，所以必須保證收集完成之前有足夠的內(nèi)存空間供程序使用，否則會(huì)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”。通過設(shè)置 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction = <N> 指定還有多少剩余堆是開始執(zhí)行并發(fā)收集。

小結(jié)

串行處理器：

-- 適用情況：數(shù)據(jù)量比較小（100M左右），單處理器下并且對(duì)相應(yīng)時(shí)間無要求的應(yīng)用。

-- 缺點(diǎn)：只能用于小型應(yīng)用。

并行處理器：

-- 適用情況：“對(duì)吞吐量有高要求”，多CPU，對(duì)應(yīng)用過響應(yīng)時(shí)間無要求的中、大型應(yīng)用。舉例：后臺(tái)處理、科學(xué)計(jì)算。

-- 缺點(diǎn)：垃圾收集過程中應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間可能加長(zhǎng)。

并發(fā)處理器：

-- 適用情況：“對(duì)響應(yīng)時(shí)間有高要求”，多CPU，對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間有較高要求的中、大型應(yīng)用。舉例：Web服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器、電信交換、集成開發(fā)環(huán)境。

以下配置主要針對(duì)分代垃圾回收算法而言。

堆大小設(shè)置

年輕代的設(shè)置很關(guān)鍵

JVM中最大堆大小有三方面限制：相關(guān)操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型（32-bit 還是64-bit）限制；系統(tǒng)的可用虛擬內(nèi)存限制；系統(tǒng)的可用物理內(nèi)存限制。32位系統(tǒng)下，一般限制在1.5G~2G；64位操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存無限制。在Windows Server 2003系統(tǒng)，3.5G物理內(nèi)存，JDK5.0下測(cè)試，最大可設(shè)置為1478m。

典型設(shè)置：

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k

-Xmx3550m：設(shè)置JVM最大可用內(nèi)存為3550m。

-Xms3550m：設(shè)置JVM初始內(nèi)存為3550m。此值可以設(shè)置與 -Xmx 相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配內(nèi)存。

-Xmn2g：設(shè)置年輕代大小為2G。整個(gè)堆大小=年輕代大小+年老代大小+持久代大小。持久代一般固定大小為64m，所以增大年輕代后，將會(huì)減小年老代大小。此值對(duì)系統(tǒng)性能影響較大，Sun官方推薦配置為整個(gè)堆的3/8。

-Xss128k：設(shè)置每個(gè)線程的堆棧大小。JDK5.0以后每個(gè)線程堆棧大小為1M，以前每個(gè)線程堆棧大小為256k。根據(jù)應(yīng)用的線程所需內(nèi)存大小進(jìn)行調(diào)整。在相同物理內(nèi)存下，減小這個(gè)值能生成更多的線程。但是操作系統(tǒng)對(duì)一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程數(shù)還是有限制的，不能無限生成，經(jīng)驗(yàn)值在3000~5000左右。

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

-XX:NewRatio=4：設(shè)置年輕代（包括Eden和兩個(gè)Survivor區(qū)）與年老代的比值（除去持久代）。設(shè)置為4，則年輕代與年老代所占比值為1:4，年輕代占整個(gè)堆棧的1/5。

-XX:SurvivorRatio=4：設(shè)置年輕代中Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比值。設(shè)置為4，則兩個(gè)Survivor區(qū)與一個(gè)Eden區(qū)的比值為2:4，一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/6。

-XX:MaxPermSize=16m：設(shè)置持久代大小為16m。

-XX:MaxTenuringThreshold=0：設(shè)置垃圾最大年齡。如果設(shè)置為0的話，則年輕代對(duì)象不經(jīng)過Survivor區(qū)，直接進(jìn)入年老代。對(duì)于年老代比較多的應(yīng)用，可以提高效率。如果此值設(shè)置為一個(gè)較大值，則年輕代對(duì)象會(huì)在Survivor區(qū)進(jìn)行多次復(fù)制，這樣可以增加對(duì)象在年輕代的存活時(shí)間，增加在年輕代被回收的概率。

回收器選擇

JVM給了三種選擇：串行收集器、并行收集器、并發(fā)收集器，但是串行收集器只適用于小數(shù)據(jù)量的情況，所以這里的選擇主要針對(duì)并行收集器和并發(fā)收集器。默認(rèn)情況下，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啟動(dòng)的時(shí)候加入相應(yīng)參數(shù)。JDK5.0以后，JVM會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)配置進(jìn)行判斷。

吞吐量?jī)?yōu)先的并行收集器

如上文所述，并行收集器主要以到達(dá)一定的吞吐量為目標(biāo)，適用于科學(xué)計(jì)算和后臺(tái)處理等。

典型配置：

java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20

-XX:+UseParallelGC：選擇垃圾收集器為并行收集器。此配置僅對(duì)年輕代有效。即上述配置下，年輕代使用并發(fā)收集，而年老代仍舊使用串行收集。

-XX:+ParallelGCThreads=20：配置并行收集器的線程數(shù)，即：同時(shí)多少個(gè)線程一起進(jìn)行垃圾回收。此值最好配置與處理器數(shù)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為并行收集。JDK6.0支持對(duì)年老代并行收集。

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100

-XX:MaxGCPauseMillis=100：設(shè)置每次年輕代垃圾回收的最長(zhǎng)時(shí)間，如果無法滿足此時(shí)間，JVM會(huì)自動(dòng)調(diào)整年輕代大小，以滿足此值。

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：設(shè)置此選項(xiàng)后，并行收集器會(huì)自動(dòng)選擇年輕代區(qū)大小和相應(yīng)的Survivor區(qū)比例，以達(dá)到目標(biāo)系統(tǒng)規(guī)定的最低響應(yīng)時(shí)間或者收集頻率等，此值建議使用并行收集器時(shí)，一直打開。

響應(yīng)時(shí)間優(yōu)先的并發(fā)收集器

如上文所述，并發(fā)收集器主要是保證系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，減少垃圾收集時(shí)的停頓時(shí)間。適用于應(yīng)用服務(wù)器、電信領(lǐng)域等。

典型配置：

java -Xmx3550m -Xms3550 -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC

-XX:+UseConcMarkSweepGC：設(shè)置年老代為并發(fā)收集。測(cè)試中配置這個(gè)以后，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此時(shí)年輕代大小最好用-Xmn設(shè)置。

-XX:+UseParNewGC：設(shè)置年輕代為并行收集。可與CMS收集同時(shí)使用。JDK5.0以上，JVM會(huì)根據(jù)系統(tǒng)配置自行設(shè)置，所以無需再設(shè)置此值。

java -Xmx3550m -Xms3550 -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由于并發(fā)收集器不對(duì)內(nèi)存空間進(jìn)行壓縮、整理，所以運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生“碎片”，使得運(yùn)行效率降低。此值設(shè)置運(yùn)行多少次GC以后對(duì)內(nèi)存空間進(jìn)行壓縮、整理。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打開對(duì)年老代的壓縮。可能會(huì)影響性能，但是可以消除碎片。

常見配置匯總

堆設(shè)置

-Xms：初始堆大小

-Xmx：最大堆大小

-XX:NewSize=n：設(shè)置年輕代大小

-XX:NewRatio=n：設(shè)置年輕代和年老代的比值。如：為3，表示年輕代與年老代比值為1：3，表示Eden：Survivor=3:2，一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/5。

-XX:MaxPermSize=n：設(shè)置持久代大小

收集器設(shè)置

-XX:+UseSerialGC：設(shè)置串行收集器

-XX:+UseParallelGC：設(shè)置并行收集器

-XX:+UseParalledlOldGC：設(shè)置并行年老代收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC：設(shè)置并發(fā)收集器

垃圾回收統(tǒng)計(jì)信息

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-Xloggc:filename

并行收集器設(shè)置

-XX:ParallelGCThreads=n：設(shè)置并行收集器收集時(shí)使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

-XX:MaxGCPauseMillis=n：設(shè)置并行收集最大暫停時(shí)間

-XX:GCTimeRatio=n：設(shè)置垃圾回收時(shí)間占程序運(yùn)行時(shí)間的百分比。公式為1/(1+N)

并發(fā)收集器設(shè)置

-XX:+CMSIncrementalMode：設(shè)置為增量模式。適用于單CPU情況。

-XX:+ParallelGCThreads=n：設(shè)置并發(fā)收集器年輕代收集方式為并行收集時(shí)，使用的CPU數(shù)。并行收集線

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