GC的階段

對每個物件而言，垃圾回收分為兩個階段：finalization和reclamation。 

• finalization: 指執行這個物件的finalize的方法。
• reclamation: 回收被這個物件使用的記憶體。

GC的過程的基本步驟 

• 首先確認物件是不可達的，即將被回收。
• 其次，如果物件有finalize方法，那麼物件被新增進finalization queue中；然後在某個時間點finalize方法被呼叫以釋放finalize中的資源。
• 最後，回收物件佔用的記憶體。

關於finalize方法的問題 

• finalize方法使得GC過程做了更多的事情，增加的GC的負擔。
• 如果某個物件的finalize方法執行時間過長，它會使得其他物件的finalize方法被延遲執行。
• finalize方法中如果建立了strong reference引用了其他物件，這會阻止此物件被GC。
• finalize方法有可能以不可確定的順序執行（也就是說要在安全性要求嚴格的場景中儘量避免使用finalize方法）。
• 不確保finalize方法會被及時呼叫，也許程式都退出了，但是finalize方法還沒被呼叫。

物件引用的型別 

• Reference(or named Strong Reference)（ 強引用）：普通型別的引用。
• SoftReference（ 軟引用）：被這種引用指向的物件，如果此物件沒要再被其他Strong Reference引用的話，可能在任何時候被GC。雖然是可能在任何時候被GC，但是通常是在可用記憶體數比較低的時候，並且在程式丟擲OutOfMemoryError之前才發生對此物件的GC。SoftReference通常被用作實現Cache的物件引用，如果這個物件被GC了，那麼他可以在任何時候再重新被建立。另外，根據JDK文件中介紹，實際JVM的實現是鼓勵不回收最近建立和最近使用的物件。SoftReference 
  類的一個典型用途就是用於記憶體敏感的快取記憶體。
• WeakReference（弱引用）：如果一個被WeakReference引用的物件，當沒要任何SoftReference和StrongReference引用時，立即會被GC。和SoftReference的區別是：WeakReference物件是被eagerly collected，即一旦沒要任何SoftReference和StrongReference引用，立即被清楚；而只被SoftReference引用的物件，不回立即被清楚，只有當記憶體不夠，即將發生OutOfMemoryError時才被清除，而且是先清除不常用的。SoftReference適合實現Cache用。WeakReference 類的一個典型用途就是規範化對映（ canonicalized mapping ）
• PhantomReference（虛引用）：當沒有StrongReference，SoftReference和WeakReference引用時，隨時可被GC。通常和ReferenceQueue聯合使用，管理和清除與被引用物件（沒有finalize方法）相關的本地資源。

衡量GC的指標（GC Metrics） 

• Throughput（吞吐量）：所有沒有花在執行GC上的時間佔總執行時間的比重。
• Pauses（暫停）：當GC在執行時程式的暫停次數。或者是在感興趣的暫停次數中，暫停的平均時長和最大時長。
• Footprint（足跡？）：當前使用的堆記憶體大小。
• Promptness（及時性）：不再使用的物件多久能被清除掉並釋放其記憶體。

通用GC演算法 
Java所使用的所有的GC演算法都是通用GC演算法概念的變種。 
通用GC演算法的假設： 

• 最近建立的物件很可能很快就不可達了（unreachable，即可被回收了），比如方法內部宣告的本地變數，當程式執行出了本地變數的作用範圍後，本地變數引用的物件就很快不可達了。
• 一個物件保持可達（reachable）的越久就越不可能被回收。

在Java GC中，物件被劃分為generations（代）或spaces（空間）。Java把物件分為young（年輕代），tenured（年老代）和perm（永久代）。在GC過程中，物件從一個space（空間）移動到另一個space。 
Object Spaces（物件空間） 

• Young：年輕代中儲存著剛建立的物件，這個代中的物件能夠“minor” or “major” 收集中被回收。
• Tenured：年老代中儲存著從年輕代中倖存下來的物件，只能夠在“major”中被回收。
• Perm：永久代中儲存著JVM所需的物件，比如Class物件和Method物件，以及他們的位元組碼和內部字串等。對Perm中的物件GC意味著所有的Class都被解除安裝了。

每塊空間的大小由當前的對記憶體大小決定，並且能夠在執行時改變。每個空間之間的關係如下圖所示： 
 

Young Spaces（年輕空間） 

• Eden space：儲存自從上次GC完畢之後新建立的物件，除了屬於Perm的物件。當minor collection發生時，Eden space中的物件或者GC清理掉，或者被移到survivor space。
• Survivor spaces：這個空間中儲存的是自從上次GC倖存下來的young object。在minor GC中，這些物件或者被GC清理掉，或者被移到另外一個survivor空間中。

Minor collections和Major collections 

• Minor collection當young space被佔滿時執行。它比major collections快，因為minor collection僅僅檢查major collection相應的一個子集物件。minor collection比major collection發生的頻率高。
• Major collection當tenured space被佔滿時執行。他會清理tenured和young。

GC執行的三種方式 
在java5和java6中有4中垃圾回收的演算法，有一種演算法將不再支援，剩餘的三種垃圾回收演算法是：serial,throughput and concurrent low pause。 

• Stop the world（停止所有程式的方式）：在這種方式執行的GC，在GC完成前，JVM中的所有程式都不允許執行。Serial collector此時做minor和major收集。Throughput collector此時做major collector。
• Incremental（增量執行方式）：目前沒要Java GC演算法支援這種執行方式。GC以這種方式執行時，GC允許程式做一小段時間的工作，然後做垃圾回收工作。
• Concurrent（並行執行）：Throughput collector此時做minor collect，Concurrent low pause collector此時做minor和major收集。在這種執行方式下，GC和程式並行的執行，因此程式僅僅被短暫的暫停。

GC演算法 

• Serial演算法: 使用-XX:+UseSerialGC開啟此演算法的GC。GC使用和應用程式相同的執行緒去做minor collection和major collection。
• Throughput：使用-XX:+UseParallelGC開啟此演算法GC。GC使用多執行緒去做minor collection以減少程式停止的時間。但是對於major collection，還是使用同程式相同的執行緒去做。當具有多核cpu時，並且程式有大量的短生命週期的物件時，並且對程式停頓時間不限制時較好。
• Concurrent Low Pause: 使用-XX:+UseConcMarkSweepGC開啟此演算法GC。使用多執行緒去做minor和major collection。當具有多核cpu，並且程式有大量的長生命週期的物件，並且對程式停頓時間有限制時，效果較好。

什麼時候發生GC 
GC發生的時刻受堆記憶體大小的影響。如果堆記憶體小，GC會執行的很快，但是又會很快的被填滿，因此GC比頻繁；如果堆記憶體很大，GC會執行的較慢，而且不會很快被填滿，因此執行的比較頻率比較低。 

基本的GC除錯 
throughput goal -XX:GCTimeRatio=n： 表示花費總時間百分之多少的CPU時間去執行程式。 
maximum pause time goal -XX:MaxGCPauseMillis=n：每次GC時程式暫停最多多少毫秒。 
footprint goal：如果其他目標都達到了，那麼首先減少heap size，直到前兩個goal不再滿足，然後再慢慢增加。直到滿足前面兩個goal。 
-Xms=n (starting) and -Xmx=n (maximum) heap size，這兩個引數應該都很熟悉，就是JVM使用的最小堆記憶體數和最大堆記憶體數。 
-XX:MinHeapFreeRatio=n, -XX:MaxHeapFreeRatio=n：最小和最大的空閒堆記憶體和被使用堆記憶體的比例。當空閒堆記憶體比例小於MinHeapFreeRatio時，記憶體空間開始擴充套件。當空閒堆記憶體比例大於MaxHeapFreeRatio時，記憶體空間開始減小。 
-XX:NewSize=n, -XX:MaxNewSize=n：預設的young space的大小（包括eden + survivor 1 + survivor 2）。 
-XX:NewRatio=n：young和tenured的比例。 
-XX:SurvivorRatio=n：每個survivor space 和 eden之間的比例。 
-XX:MaxPermSize=n：perm的最大size。 
-XX:TargetSurvivorRatio=n：每次GC之後倖存下來的空間的目標比例。 
-XX:+DisableExplicitGC：當此引數開啟時，在程式中呼叫System.gc()將會不起作用。預設是off。 
-XX:+ScavengeBeforeFullGC：當開啟此引數時，在每次major collection時先執行一次minor collection。預設開啟。 
-XX:+UseGCOverheadLimit：當開啟此引數時，如果總執行時間的98％的時間都在做GC，則丟擲OutOfMemmoryError。預設開啟。 

參考資料：http://java.ociweb.com/mark/other-presentations/JavaGC.pdf