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GC的阶段 
对每个对象而言,垃圾回收分为两个阶段:finalization和reclamation。 
  • finalization: 指运行这个对象的finalize的方法。
  • reclamation: 回收被这个对象使用的内存。
GC的过程的基本步骤 
  • 首先确认对象是不可达的,即将被回收。
  • 其次,如果对象有finalize方法,那么对象被添加进finalization queue中;然后在某个时间点finalize方法被调用以释放finalize中的资源。
  • 最后,回收对象占用的内存。
关于finalize方法的问题 
  • finalize方法使得GC过程做了更多的事情,增加的GC的负担。
  • 如果某个对象的finalize方法运行时间过长,它会使得其他对象的finalize方法被延迟执行。
  • finalize方法中如果创建了strong reference引用了其他对象,这会阻止此对象被GC。
  • finalize方法有可能以不可确定的顺序执行(也就是说要在安全性要求严格的场景中尽量避免使用finalize方法)。
  • 不确保finalize方法会被及时调用,也许程序都退出了,但是finalize方法还没被调用。
对象引用的类型 
  • Reference(or named Strong Reference):普通类型的引用。
  • SoftReference:被这种引用指向的对象,如果此对象没要再被其他Strong Reference引用的话,可能在任何时候被GC。虽然是可能在任何时候被GC,但是通常是在可用内存数比较低的时候,并且在程序抛出OutOfMemoryError之前才发生对此对象的GC。SoftReference通常被用作实现Cache的对象引用,如果这个对象被GC了,那么他可以在任何时候再重新被创建。另外,根据JDK文档中介绍,实际JVM的实现是鼓励不回收最近创建和最近使用的对象。
  • WeakReference:如果一个被WeakReference引用的对象,当没要任何SoftReference和StrongReference引用时,立即会被GC。和SoftReference的区别是:WeakReference对象是被eagerly collected,即一旦没要任何SoftReference和StrongReference引用,立即被清楚;而只被SoftReference引用的对象,不回立即被清楚,只有当内存不够,即将发生OutOfMemoryError时才被清除,而且是先清除不常用的。SoftReference适合实现Cache用。
  • PhantomReference(幻影引用):当没有StrongReference,SoftReference和WeakReference引用时,随时可被GC。通常和ReferenceQueue联合使用,管理和清除与被引用对象(没有finalize方法)相关的本地资源。
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。
通用GC算法 
Java所使用的所有的GC算法都是通用GC算法概念的变种。 
通用GC算法的假设: 
  • 最近创建的对象很可能很快就不可达了(unreachable,即可被回收了),比如方法内部声明的本地变量,当程序运行出了本地变量的作用范围后,本地变量引用的对象就很快不可达了。
  • 一个对象保持可达(reachable)的越久就越不可能被回收。
在Java GC中,对象被划分为generations(代)或spaces(空间)。Java把对象分为young(年轻代),tenured(年老代)和perm(永久代)。在GC过程中,对象从一个space(空间)移动到另一个space。 
Object Spaces(对象空间) 
  • Young:年轻代中保存着刚创建的对象,这个代中的对象能够“minor” or “major” 收集中被回收。
  • Tenured:年老代中保存着从年轻代中幸存下来的对象,只能够在“major”中被回收。
  • Perm:永久代中保存着JVM所需的对象,比如Class对象和Method对象,以及他们的字节码和内部字符串等。对Perm中的对象GC意味着所有的Class都被卸载了。
每块空间的大小由当前的对内存大小决定,并且能够在运行时改变。每个空间之间的关系如下图所示: 
 

Young Spaces(年轻空间) 
  • Eden space:存储自从上次GC完毕之后新创建的对象,除了属于Perm的对象。当minor collection发生时,Eden space中的对象或者GC清理掉,或者被移到survivor space。
  • Survivor spaces:这个空间中存储的是自从上次GC幸存下来的young object。在minor GC中,这些对象或者被GC清理掉,或者被移到另外一个survivor空间中。
Minor collections和Major collections 
  • Minor collection当young space被占满时执行。它比major collections快,因为minor collection仅仅检查major collection相应的一个子集对象。minor collection比major collection发生的频率高。
  • Major collection当tenured space被占满时执行。他会清理tenured和young。
GC运行的三种方式 
在java5和java6中有4中垃圾回收的算法,有一种算法将不再支持,剩余的三种垃圾回收算法是:serial,throughput and concurrent low pause。 
  • Stop the world(停止所有程序的方式):在这种方式运行的GC,在GC完成前,JVM中的所有程序都不允许运行。Serial collector此时做minor和major收集。Throughput collector此时做major collector。
  • Incremental(增量运行方式):目前没要Java GC算法支持这种运行方式。GC以这种方式运行时,GC允许程序做一小段时间的工作,然后做垃圾回收工作。
  • Concurrent(并行运行):Throughput collector此时做minor collect,Concurrent low pause collector此时做minor和major收集。在这种运行方式下,GC和程序并行的运行,因此程序仅仅被短暂的暂停。
GC算法 
  • Serial算法: 使用-XX:+UseSerialGC开启此算法的GC。GC使用和应用程序相同的线程去做minor collection和major collection。
  • Throughput:使用-XX:+UseParallelGC开启此算法GC。GC使用多线程去做minor collection以减少程序停止的时间。但是对于major collection,还是使用同程序相同的线程去做。当具有多核cpu时,并且程序有大量的短生命周期的对象时,并且对程序停顿时间不限制时较好。
  • Concurrent Low Pause: 使用-XX:+UseConcMarkSweepGC开启此算法GC。使用多线程去做minor和major collection。当具有多核cpu,并且程序有大量的长生命周期的对象,并且对程序停顿时间有限制时,效果较好。
什么时候发生GC 
GC发生的时刻受堆内存大小的影响。如果堆内存小,GC会执行的很快,但是又会很快的被填满,因此GC比频繁;如果堆内存很大,GC会执行的较慢,而且不会很快被填满,因此执行的比较频率比较低。 

基本的GC调试 
throughput goal -XX:GCTimeRatio=n: 表示花费总时间百分之多少的CPU时间去运行程序。 
maximum pause time goal -XX:MaxGCPauseMillis=n:每次GC时程序暂停最多多少毫秒。 
footprint goal:如果其他目标都达到了,那么首先减少heap size,直到前两个goal不再满足,然后再慢慢增加。直到满足前面两个goal。 
-Xms=n (starting) and -Xmx=n (maximum) heap size,这两个参数应该都很熟悉,就是JVM使用的最小堆内存数和最大堆内存数。 
-XX:MinHeapFreeRatio=n, -XX:MaxHeapFreeRatio=n:最小和最大的空闲堆内存和被使用堆内存的比例。当空闲堆内存比例小于MinHeapFreeRatio时,内存空间开始扩展。当空闲堆内存比例大于MaxHeapFreeRatio时,内存空间开始减小。 
-XX:NewSize=n, -XX:MaxNewSize=n:默认的young space的大小(包括eden + survivor 1 + survivor 2)。 
-XX:NewRatio=n:young和tenured的比例。 
-XX:SurvivorRatio=n:每个survivor space 和 eden之间的比例。 
-XX:MaxPermSize=n:perm的最大size。 
-XX:TargetSurvivorRatio=n:每次GC之后幸存下来的空间的目标比例。 
-XX:+DisableExplicitGC:当此参数打开时,在程序中调用System.gc()将会不起作用。默认是off。 
-XX:+ScavengeBeforeFullGC:当打开此参数时,在每次major collection时先执行一次minor collection。默认打开。 
-XX:+UseGCOverheadLimit:当打开此参数时,如果总运行时间的98%的时间都在做GC,则抛出OutOfMemmoryError。默认打开。 

参考资料:http://java.ociweb.com/mark/other-presentations/JavaGC.pdf