理解JVM垃圾回收
理解java虚拟机的垃圾回收机制对于做java开发的人来说极为重要，它会帮你在写代码的时候就写出优质的、GC友好的代码，从而避免日后的一些问题，你也会发现原来JVM调优并不难。
GC基础理论
JVM的垃圾回收线程只会扫描可到达的对象，所谓可到达的对象就是从roots(global, stack)节点开始进行深度优先遍历能够到达的对象节点。
对于JVM的性能调优通常是在以下三者间进行权衡：
Throughput
计算公式是 1- (gc time)/time
Pause/Latency
应用线程的延时或者暂停。
Footprint/Memory
内存的消耗。
JVM的调优往往是这三者之间的权衡，如果用Parallel GC会有比较大的吞吐量和较少的内存，但是会有长延时，使用CMS会有较短的延时但是吞吐量会下降，内存消耗也更大。
几种垃圾回收算法
串行垃圾回收器（The serial collector）
单线程的垃圾回收期，适用于单核机器。
并行垃圾回收器（The parallel collector）
进行垃圾回收时会造成stop-the-world. 垃圾回收时停止所有应用线程，开启垃圾会首先称并行的进行垃圾收集，垃圾回收完毕后开启应用线程。这种回收器在垃圾回收时会造成应用的长时间的暂停。这类垃圾回收器吞吐量高，也叫throughput collector.
并发垃圾回收器（The concurrent collector）
回收时也会造成stop-the-world，但是时间会短很多。大部分的时候垃圾回收线程和应用线程同时进行。
HotSpot VM堆的结构
CMS/Parallel GC
JVM的内存由几部分组成，栈、堆、Permanent代。其中堆分为Young generation和old generation，young generation由Eden space和two survivor space组成。也有说法是堆由Young generation, old generation以及 permanent generation组成，这个关系不大，并不影响理解垃圾回收算法。
JVM的分代收集是基于一种假设，绝大部分的对象生命周期都很短。也就是说大部分的对象在new出来之后，很快就变成了不可达的对象。在现实的大部分应用中也确实是这样的。
一个新的对象首先是分配在Eden space中，当Eden space的空间满了会进行一次minor gc，minor gc会把Eden space中回收后剩下的对象以及 from survivor中剩下的对象copy到to survivor中，并且清空Eden space和from survivor。下一次minor gc时执行同样的操作。也就是说两个survivor space永远有一个是空的。当一个对象在两个survivor中来回复制了N次后，这个对象会被promote到old generation中。这个N可以配置-XX:MaxTenuringThreshold=n， 默认是15次。当old generation 占满时会造成major gc(full gc), 注意cms进行full gc的时机可以配置（XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=92)，配置高了容易导致concurrent mode failure, 然后对整个堆进行长时间的gc。
为什么full gc效率低而minor gc效率很高？
Minor gc回收的是young generation中的对象，根据上面的假设，绝大部分的对象生命周期都非常短，虽然eden space满了才进行minor gc，但实际上绝大部分对象活不过一个minor gc的周期，minor gc扫描的对象就非常少了。而old generation中的对象都是经过多次minor gc后存活下来的对象，进行full gc时，绝大部分的对象都是可到达的，因此需要扫描的对象非常多。
Concurrent Mark Sweep(CMS)
CMS算法主要分为四个步骤：
1. Initial marking pause
暂停所有应用线程(stop-the-word)并且标记能直接从roots节点到达的节点，虽然会造成STW，由于只扫描全局变量、栈等根节点直接到达的对象，这一步会非常快。
2. Concurrent marking phase.
恢复应用线程，并且开启gc线程从第一个步骤中扫描到的节点开始进行深度遍历并标记，这个过程GC Thread和应用线程是同时进行的，当应用进程改变了某个对象的状态时会把当前对象所在的page标记为dirty，new的object所在的page也标记为dirty，深度遍历完整个对象图。
3. Final marking pause
暂停所有应用进程并扫描roots以及标记为dirty page所在的区域，这个步骤也会暂停所有应用，由于只扫描roots以及dirty page，因此暂停时间比较短。
4. Concurrent sweeping phase.
恢复应用进程并对内存进行回收。
由于dirty page中的对象要扫描两遍，CMS的吞吐量会比Parallel GC小一些。CMS默认在old generation的空间达到92%时进行major gc，并且CMS会产生floating garbage（图中的c节点），因此CMS比其它垃圾回收期需要更大的内存空间。换来的是应用的低延时。同时CMS并没有把对象进行compact，会有内存碎片。-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction可以设置几次GC后对old gen进行压缩避免oome。
GC友好编程
少分配大的对象
大对象的分配容易造成内存碎片，频繁的分配大的对象会影响应用的“稳定状态”（应用在开启一段时间后，内存、cpu等的使用应该是相对稳定的）。
集合类的使用
当你能预见到某个容器的大小估值时尽量指定其size，尤其是对大的容器，当容器size不够时往往会申请一片更大的空间，把老的元素copy过来，然后丢弃老的空间，造成不必要的空间分配，同时也容易造成内存碎片。
缩短对象的生命周期
不要使用SoftReference，会造成对象生命周期的延长，进行不必要的扫描。
Trouble shooting
Offline mode, after the fact
GCHisto or GCViewer (search for “GCHisto” or “chewiebug GCViewer”) – both are GC
Online mode, while application is running
VisualGC plug-in for VisualVM (found in JDK’s bin directory, launched as 'jvisualvm')
jconsole
Others
jstat
jstack pid>jstack.log
jmap –dump:format=b.file=heapdump.hprof
IBM Heap Analyzer
在程序出现问题时可以开启GC logs，正常的生产环境不开启。可以使用GCHisto 或者GCViewer离线分析gc的情况。
-Xloggc:/home/user/logs/gc.log
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+UseGCLogFileRotation
-XX:NumberOfGClogFiles
-XX:GCLogFileSize
当发生OOME时dump 堆，建议开启。可以使用IBM Heap Analyzer来分析堆中异常情况（往往是因为堆中对象分配过多造成的）。
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
其它
开启-server
-Xmx 与-Xms设置的大小一致，避免堆的自适应变大变小的开销。
-XX:-UseParallelOldGC与-XX:-UseParallelGC同时使用
-XX:-UseConcMarkSweepGC与-XX:+UseParNewGC同时使用
GC的时间主要花在对象的扫描和释放空间，由于释放空间可以和应用线程同时进行，因此实际上影响最大的是在对象的扫描上，而实际应用中，经常会有分配一个很大的static变量做缓存的情况，缓存里的这些对象绝大部分都是不变的，只有少量的会更新，但是在垃圾回收时每次都要扫描那些根本不需要扫描的对象。淘宝根据这种业务状况开发了taobao jvm，但是对于这类对象的使用也有限制，如必须是readonly的，不能和堆中其它对象有引用。Terracotta也有类似的产品bigmemory。
References
[1]. http://infoq.com/presentations/Extreme-Performance-Java
[2].http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/gc-tuning-6-140523.html
[3].http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html
[4]. http://www.oracle.com/technetwork/java/tuning-139912.html
[5]. Tony Printezis, David Detlefs, A Generational Mostly-concurrent Garbage Collector. International Symposium on Memory Management, 2000
[6]. http://www.slideshare.net/achinth/garbage-collection-algorithms
[7]. http://docs.neo4j.org/chunked/stable/configuration-jvm.html
[8]. http://www.oracle.com/technetwork/java/hotspotfaq-138619.html
[9].http://www.softwareengineeringsolutions.com/blogs/2010/05/01/garbage-collection-in-java-part-3/
