最近处理客户高并发应用的时候，经常会遇到GC的问题，于是是时候把原理学习过的JVM和GC的内容拿出来温习一下了。
一些准备
-XX:+
-XX:-
-XX:
-Xmx:HeapDumpPath=./dump.core堆内存快照存储区
JVM标准结构
类的加载机制
一：装载（load）
由ClassLoader负责加载；
（ClassNotFoundException）
二：链接（Link）
校验（verify）、准备（Prepare）、初始化静态变量赋默认值；
(NoClassDefFoundError)
三：初始化
执行静态初始化代码、赋值静态变量。
ClassLoader
一：BootStrap ClassLoader
由Sun用C++实现此类，JDK启动时负责加载jre/lib/rt.jar里的所有
class，及java规范中定义的接口及实现；
二：Extension ClassLoader
JVM用于加载扩展功能的jar包，如DNS.jar
Jdk中的名称：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
三：System ClassLoader
加载启动参数中指定ClassPath的Jar包
Jdk中的名称： sun.misc.Launcher$AppClassLoader
一般的程序使用的都是AppClassLoader
四：自定义ClassLoader
用户也可以自定ClassLoader用于加载其他路径的Jar如网络上加载
类的执行机制
虽然类已加载成功且静态属性及实例对象皆以创建，但是，执行静态方法或者实例方法时仍需要对JVM字节码进行处理。
JVM有以下三种执行方式：
（1）：解释执行
（2）：编译执行
（3）：反射执行
解释执行
采用经典的冯诺依曼FDX循环方式，即获取下一条指令，解码并分派，然后执行。
解释执行的优点：
简单、占资源少、启动速度快
解释执行的缺点：
效率低
编译执行
JDK将字节码编译成机器码，编译在运行时进行，故称作JIT编译器(Just-in-time)•策略：对执行频率频繁的代码使用编译执行，对执行频率不高的仍采用解释执行
编译执行的两种方式：
（1）ClinetCompiler：又称C1较轻量级，java -client
（2）ServerCompiler: 又称C2 较重量级，java -server
Client
Compiler
占用内存较少，适合于桌面应用•优化方法：
一：方法内联，将调用的方法指令直接植入到当前方法中；
二：去虚拟化，针对只有一个实现类的方法；
三：消除冗余，在编译时进行代码清理；
Server
Compiler
C2采用了大量优化技巧，占内存较多，适合于服务器应用；
优化方法：标量替换、栈上分配、同步削除；
默认当CPU个数超过两个且内存超过2G自动采用Server模式，否则为Client模式，但在32位的windows上始终都是Client模式，可通过java-server强制使用Server模式，或者java-client强制使用client模式。
JVM内存管理
JVM内存结构图：
JVM方法区
用于存放类信息、类的属性、方法等信息。
又称为持久代PermanentGeneration，默认最小值16MB，最大值64MB。持久代在一定条件下也会被GC（垃圾回收），当空间不够时，会抛出OutOfMemory错误信息。
可通过-XX:PermSize -XX:MaxPermSize来指定最小最大值。
PC寄存器与方法栈
每个线程均会创建自己的PC寄存器和方法栈。
PC寄存器存放每条指令的地址。
方法栈为线程私有，当方法执行完毕时，其栈帧所用内存会自动被回收。
当栈空间不足时会抛出StackOverflowError，可通过设置-Xss来指定其大小，以避免空间不够用。
JVM堆
堆用于存储对象实例和数组值。
在32位机上最大2GB,在64位机则无限制
可通过-Xms设置最小值，默认为物理内存的1/64但小于1GG
通过-Xmx设置最大值，默认为物理内存的1/4但小于1GB
默认当空余堆内存小于40%时，JVM会增大Heap到最大值，可通过-XX:MinHeapFreeRatio=来设定这个比例。
当空余空间大于70%时，JVM会减小到最小值，可通过-XX:MaxHeapFreeRatio=来设定这个比例。
为避免运行时JVM频繁调整Heap大小，通常将-Xms与-Xmx设成相同值。
JVM堆结构
新生代 new generation
旧生代 Old Generation
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用于存放在新生代中多次回收仍然存活的对象。
-
有两种情况新建的对象会直接在老生代分配:
-
旧生代的大小为-Xmx减去-Xmn的值。
内存回收-GC
-
所谓内存回收就是我们所熟知的GC(Garbage Collection)垃圾回收。
-
JVM通过GC来回收堆和方法区的内存，GC的原理为首先找到内存中不再被引用的对象，然后回收。
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通常采用收集器的方式来实现GC，主要的收集器有引用计数收集器和跟踪收集器。
引用计数收集器
引用计数收集器通过记录对象的引用次数，当次数为零时，可进行回收。
但当出现循环引用时该收集方法则无法回收：
所以引用计数方式不适合面向对象这种有复杂引用关系的语言，SunJDK在实现GC时也未使用过此方式。
跟踪收集器
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跟踪收集器采用集中式的管理方式，全局记录数据的引用状态。基于一定的条件触发例如：空间不足，定时。
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执行时需要从根对象来扫描对象间的引用关系，这会造成应用的暂停。
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主要实现算法有：赋值（Copying）、标记-清除（Mark-Sweep）、标记-压缩（Mark-Compact）。
复制算法-Copying
复制算法采用的方式为从根集合扫描出存活的对象，并将存活的对象复制到一块新的完全未使用的空间。
当存活对象少时，Copying算法是很高效的，其代价是需要一块新的存储区和进行对象移动。
标记-清除 Mark-Sweep
标记-压缩 Mark-Compact
新生代可用GC
串行GC（Serial GC）
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串行GC从根集合扫描存活的对象。JVM认为根对象为当前线程栈上引用的对象、常量、静态变量、传到本地方法还未被释放的引用。
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串行GC扫描存活的对象，然后将存活的对象复制到S0或S1中（S0与S1同时只能有一个被使用，另一个为空）。
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为了避免扫描过程中引用关系的改变，JDK采用了暂停应用的方式。
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通常只有经过几次MinorGC仍存活的对象才放入旧生代中。该次数可通过-XX:MaxTenuringThreshold设置（只在串行与ParNew方式下生效默认值为15）。但该项并不是唯一的规则。串行和ParNew在每次GC后计算可存活的次数，规则为累计每个age对象占用的内存，如果累计超过SurvivorSpace的一半，则以age为准，否则，以MaxTenuringThreshold为准。
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如果ToSpace空间满则直接转入旧生代。
SerialGC采用单线程方式，适用于单CPU，对暂停时间要求不高的应用，也是Client级别（CPU小于2个或物理内存小于2GB，或32位Windows机器上）的GC方式，可通过-XX:+UseSerialGC来强制执行。
