Java（JVM）内存模型
正如你从上面的图片看到的，JVM内存被分成多个独立的部分。广泛地说，JVM堆内存被分为两部分——年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
一、年轻代
年轻代是所有新对象产生的地方。当年轻代内存空间被用完时，就会触发垃圾回收。这个垃圾回收叫做Minor GC。年轻代被分为3个部分——Enden区和两个Survivor区。
年轻代空间的要点：
1. 大多数新建的对象都位于Eden区。
2. 当Eden区被对象填满时，就会执行Minor GC。并把所有存活下来的对象转移到其中一个survivor区。
3. Minor GC同样会检查存活下来的对象，并把它们转移到另一个survivor区。这样在一段时间内，总会有一个空的survivor区。
4. 经过多次GC周期后，仍然存活下来的对象会被转移到年老代内存空间。通常这是在年轻代有资格提升到年老代前通过设定年龄阈值来完成的。
一、年老代
年老代内存里包含了长期存活的对象和经过多次Minor GC后依然存活下来的对象。通常会在老年代内存被占满时进行垃圾回收。老年代的垃圾收集叫做Major GC。Major GC会花费更多的时间。
Stop the World事件，所有的垃圾收集都是“Stop the World”事件，因为所有的应用线程都会停下来直到操作完成（所以叫“Stop the World”）。因为年轻代里的对象都是一些临时（short-lived ）对象，执行Minor GC非常快，所以应用不会受到（“Stop the World”）影响。
由于Major GC会检查所有存活的对象，因此会花费更长的时间。应该尽量减少Major GC。因为Major GC会在垃圾回收期间让你的应用反应迟钝，所以如果你有一个需要快速响应的应用发生多次Major GC，你会看到超时错误。
垃圾回收时间取决于垃圾回收策略。这就是为什么有必要去监控垃圾收集和对垃圾收集进行调优。从而避免要求快速响应的应用出现超时错误。
二、永久代
永久代或者“Perm Gen”包含了JVM需要的应用元数据，这些元数据描述了在应用里使用的类和方法。注意，永久代不是Java堆内存的一部分。
永久代存放JVM运行时使用的类。永久代同样包含了Java SE库的类和方法。永久代的对象在full GC时进行垃圾收集。
三、方法区
方法区是永久代空间的一部分，并用来存储类型信息（运行时常量和静态变量）和方法代码和构造函数代码。
四、内存池
如果JVM实现支持，JVM内存管理会为创建内存池，用来为不变对象创建对象池。字符串池就是内存池类型的一个很好的例子。内存池可以属于堆或者永久代，这取决于JVM内存管理的实现。
运行时常量池
运行时常量池是每个类常量池的运行时代表。它包含了类的运行时常量和静态方法。运行时常量池是方法区的一部分。
五、Java栈内存
Java栈内存用于运行线程。它们包含了方法里的临时数据、堆里其它对象引用的特定数据。你可以阅读栈内存和堆内存的区别。
六、Java垃圾回收
Java垃圾回收会找出没用的对象，把它从内存中移除并释放出内存给以后创建的对象使用。Java程序语言中的一个最大优点是自动垃圾回收，不像其他的程序语言那样需要手动分配和释放内存，比如C语言。
垃圾收集器是一个后台运行程序。它管理着内存中的所有对象并找出没被引用的对象。所有的这些未引用的对象都会被删除，回收它们的空间并分配给其他对象。
一个基本的垃圾回收过程涉及三个步骤：
1．标记：这是第一步。在这一步，垃圾收集器会找出哪些对象正在使用和哪些对象不在使用。
2．正常清除：垃圾收集器清会除不在使用的对象，回收它们的空间分配给其他对象。
3．压缩清除：为了提升性能，压缩清除会在删除没用的对象后，把所有存活的对象移到一起。这样可以提高分配新对象的效率。
简单标记和清除方法存在两个问题：
1．效率很低。因为大多数新建对象都会成为“没用对象”。
2．经过多次垃圾回收周期的对象很有可能在以后的周期也会存活下来。
上面简单清除方法的问题在于Java垃圾收集的分代回收的，而且在堆内存里有年轻代和年老代两个区域。我已经在上面解释了Minor GC和Major GC是怎样扫描对象，以及如何把对象从一个分代空间移到另外一个分代空间。
一、Java垃圾回收类型
这里有五种可以在应用里使用的垃圾回收类型。仅需要使用JVM开关就可以在我们的应用里启用垃圾回收策略。让我们一起来逐一了解：
1．Serial GC（-XX:+UseSerialGC）：Serial GC使用简单的标记、清除、压缩方法对年轻代和年老代进行垃圾回收，即Minor GC和Major GC。Serial GC在client模式（客户端模式）很有用，比如在简单的独立应用和CPU配置较低的机器。这个模式对占有内存较少的应用很管用。
2．Parallel GC（-XX:+UseParallelGC）：除了会产生N个线程来进行年轻代的垃圾收集外，Parallel GC和Serial GC几乎一样。这里的N是系统CPU的核数。我们可以使用 -XX:ParallelGCThreads=n 这个JVM选项来控制线程数量。并行垃圾收集器也叫throughput收集器。因为它使用了多CPU加快垃圾回收性能。Parallel GC在进行年老代垃圾收集时使用单线程。
3．Parallel Old GC（-XX:+UseParallelOldGC）：和Parallel GC一样。不同之处，Parallel Old GC在年轻代垃圾收集和年老代垃圾回收时都使用多线程收集。
4．并发标记清除（CMS）收集器（-XX:+UseConcMarkSweepGC)：CMS收集器也被称为短暂停顿并发收集器。它是对年老代进行垃圾收集的。CMS收集器通过多线程并发进行垃圾回收，尽量减少垃圾收集造成的停顿。CMS收集器对年轻代进行垃圾回收使用的算法和Parallel收集器一样。这个垃圾收集器适用于不能忍受长时间停顿要求快速响应的应用。可使用 -XX:ParallelCMSThreads=n JVM选项来限制CMS收集器的线程数量。
G1垃圾收集器（-XX:+UseG1GC) G1（Garbage First）：垃圾收集器是在Java 7后才可以使用的特性，它的长远目标时代替CMS收集器。G1收集器是一个并行的、并发的和增量式压缩短暂停顿的垃圾收集器。G1收集器和其他的收集器运行方式不一样，不区分年轻代和年老代空间。它把堆空间划分为多个大小相等的区域。当进行垃圾收集时，它会优先收集存活对象较少的区域，因此叫“Garbage First”。你可以在Oracle Garbage-FIrst收集器文档找到更多详细信息
-server
设置jvm使server模式，特点是启动速度比较慢，但运行时性能和内存管理效率很高，适用于生产环境。在具有64位能力的jdk环境下将默认启用该模式，而忽略-client参数。
-Xms6000M#初始堆大小,设置JVM启动时堆的初始化大小。 默认值物理内存的1/64(<1GB),默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制.
-Xmx6000M #最大堆大小,默认值物理内存的1/4(<1GB)默认(MaxHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制
-Xmn500M#年轻代大小(1.4or lator),设置年轻代的空间大小，剩下的为老年代的空间大小 注意：此处的大小是（eden+ 2 survivor space).与jmap -heap中显示的New gen是不同的。
整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小.
增大年轻代后,将会减小年老代大小.此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8
-XX:PermSize=500M#设置持久代(perm gen)初始值
-XX:MaxPermSize=500M#设置持久代最大值默认值：物理内存的1/4
-XX:SurvivorRatio=65536#Eden区与Survivor区的大小比值，提供年老代和年轻代的比例大小。默认值是2 设置为8,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10
-XX:MaxTenuringThreshold=0垃圾最大年龄，如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入年老代. 对于年老代比较多的应用,可以提高效率.如果将此值设置为一个较大值,则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制,这样可以增加对象再年轻代的存活时间,增加在年轻代即被回收的概率
该参数只有在串行GC时才有效.
-XX:SurvivorRatio=65536，-XX:MaxTenuringThreshold=0就是去掉了救助空间；
-Xnoclassgc禁用类垃圾回收，性能会高一点；
-Xss256K
-Xnoclassgc
-XX:+DisableExplicitGC#-XX:+DisableExplicitGC禁止System.gc()，该标志将告诉JVM完全忽略系统的GC调用，免得程序员误调用gc方法影响性能；
-XX:+UseParNewGC#对年轻代采用多线程并行回收，这样收得快
-XX:+UseConcMarkSweepGC#使用CMS内存收集，该标志首先是激活CMS收集器。默认HotSpot JVM使用的是并行收集器
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection#在FULL GC的时候， 对年老代的压缩，CMS是不会移动内存的， 因此， 这个非常容易产生碎片， 导致内存不够用， 因此， 内存的压缩这个时候就会被启用。 增加这个参数是个好习惯。
可能会影响性能,但是可以消除碎片
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0多少次后进行内存压缩，由于并发收集器不对内存空间进行压缩,整理,所以运行一段时间以后会产生"碎片",使得运行效率降低.此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩,整理.
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled#相对于并行收集器，CMS收集器默认不会对永久代进行垃圾回收。如果希望对永久代进行垃圾回收，可用设置标志-XX:+CMSClassUnloadingEnabled。在早期JVM版本中，要求设置额外的标志-XX:+CMSPermGenSweepingEnabled。注意，即使没有设置这个标志，一旦永久代耗尽空间也会尝试进行垃圾回收，但是收集不会是并行的，而再一次进行Full GC。
-XX:-CMSParallelRemarkEnabled#降低标记停顿
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=90#使用cms作为垃圾回收
使用70％后开始CMS收集
CMSInitiatingOccupancyFraction值与Xmn的关系公式
上面介绍了promontion faild产生的原因是EDEN空间不足的情况下将EDEN与From survivor中的存活对象存入To survivor区时,To survivor区的空间不足，再次晋升到old gen区，而old gen区内存也不够的情况下产生了promontion faild从而导致full gc.那可以推断出：eden+from survivor (Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction/100)>=(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)) 进而推断出：
CMSInitiatingOccupancyFraction <=((Xmx-Xmn)-(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)))/(Xmx-Xmn)*100
例如：
当xmx=128 xmn=36 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-36)-(36-36/(1+2)))/(128-36)*100 =73.913
当xmx=128 xmn=24 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-24)-(24-24/(1+2)))/(128-24)*100=84.615…
当xmx=3000 xmn=600 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((3000.0-600)-(600-600/(1+2)))/(3000-600)*100=83.33
CMSInitiatingOccupancyFraction低于70% 需要调整xmn或SurvivorRatior值。
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0#每兆堆空闲空间中SoftReference的存活时间，默认为1s
-XX:+PrintClassHistogram
-XX:+PrintGCDetails#输出形式:[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
-XX:+PrintGCTimeStamps#可与-XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails混合使用
输出形式:11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]
-XX:+PrintHeapAtGC#打印GC前后的详细堆栈信息
-XX:-UseSplitVerifier#-XX:+UseSplitVerifier-XX:+HandlePromotionFailurejava5以前是默认不启用，java6默认启用关闭新生代收集担保。什么是新生代收集担保？
在一次理想化的minor gc中，Eden和First Survivor中的活跃对象会被复制到Second Survivor。
然而，Second Survivor不一定能容纳下所有从E和F区copy过来的活跃对象。
为了确保minor gc能够顺利完成，GC需要在年老代中额外保留一块足以容纳所有活跃对象的内存空间。
这个预留操作，就被称之为新生代收集担保（New Generation Guarantee）。如果预留操作无法完成时，仍会触发major gc(full gc)。
为什么要关闭新生代收集担保？
因为在年老代中预留的空间大小，是无法精确计算的。
为了确保极端情况的发生，GC参考了最坏情况下的新生代内存占用，即Eden+First Survivor。
这种策略无疑是在浪费年老代内存，从时序角度看，还会提前触发Full GC。
为了避免如上情况的发生，JVM允许开发者手动关闭新生代收集担保。
在开启本选项后，minor gc将不再提供新生代收集担保，而是在出现survior或年老代不够用时，抛出promotion failed异常。-XX:+UseSpinningjava1.4.2和1.5需要手动启用, java6默认已启用启用多线程自旋锁优化。
-Xloggc:/home/$1_tomcat_server/logs/gc.log"#输出定义
经验&&规则
1. 年轻代大小选择
1. 响应时间优先的应用:尽可能设大,直到接近系统的最低响应时间限制(根据实际情况选择).在此种情况下,年轻代收集发生的频率也是最小的.同时,减少到达年老代的对象.
2. 吞吐量优先的应用:尽可能的设置大,可能到达Gbit的程度.因为对响应时间没有要求,垃圾收集可以并行进行,一般适合8CPU以上的应用.
3. 避免设置过小.当新生代设置过小时会导致:1.YGC次数更加频繁 2.可能导致YGC对象直接进入旧生代,如果此时旧生代满了,会触发FGC.
2. 年老代大小选择
1. 响应时间优先的应用:年老代使用并发收集器,所以其大小需要小心设置,一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数.如果堆设置小了,可以会造成内存碎 片,高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式;如果堆大了,则需要较长的收集时间.最优化的方案,一般需要参考以下数据获得:
并发垃圾收集信息、持久代并发收集次数、传统GC信息、花在年轻代和年老代回收上的时间比例。
2. 吞吐量优先的应用:一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代.原因是,这样可以尽可能回收掉大部分短期对象,减少中期的对象,而年老代尽存放长期存活对象.
1. 较小堆引起的碎片问题
因为年老代的并发收集器使用标记,清除算法,所以不会对堆进行压缩.当收集器回收时,他会把相邻的空间进行合并,这样可以分配给较大的对象.但是,当堆空间较小时,运行一段时间以后,就会出现"碎片",如果并发收集器找不到足够的空间,那么并发收集器将会停止,然后使用传统的标记,清除方式进行回收.如果出现"碎片",可能需要进行如下配置:
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:使用并发收集器时,开启对年老代的压缩.
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0:上面配置开启的情况下,这里设置多少次Full GC后,对年老代进行压缩
2. 用64位操作系统，Linux下64位的jdk比32位jdk要慢一些，但是吃得内存更多，吞吐量更大
3. XMX和XMS设置一样大，MaxPermSize和MinPermSize设置一样大，这样可以减轻伸缩堆大小带来的压力
4. 使用CMS的好处是用尽量少的新生代，经验值是128M－256M， 然后老生代利用CMS并行收集， 这样能保证系统低延迟的吞吐效率。 实际上cms的收集停顿时间非常的短，2G的内存， 大约20－80ms的应用程序停顿时间
5. 系统停顿的时候可能是GC的问题也可能是程序的问题，多用jmap和jstack查看，或者killall -3 java，然后查看java控制台日志，能看出很多问题。(相关工具的使用方法将在后面的blog中介绍)
6. 仔细了解自己的应用，如果用了缓存，那么年老代应该大一些，缓存的HashMap不应该无限制长，建议采用LRU算法的Map做缓存，LRUMap的最大长度也要根据实际情况设定。
7. 采用并发回收时，年轻代小一点，年老代要大，因为年老大用的是并发回收，即使时间长点也不会影响其他程序继续运行，网站不会停顿
8. JVM参数的设置(特别是 –Xmx –Xms –Xmn -XX:SurvivorRatio -XX:MaxTenuringThreshold等参数的设置没有一个固定的公式，需要根据PV old区实际数据 YGC次数等多方面来衡量。为了避免promotion faild可能会导致xmn设置偏小，也意味着YGC的次数会增多，处理并发访问的能力下降等问题。每个参数的调整都需要经过详细的性能测试，才能找到特定应用的最佳配置。
promotion failed:
垃圾回收时promotion failed是个很头痛的问题，一般可能是两种原因产生，第一个原因是救助空间不够，救助空间里的对象还不应该被移动到年老代，但年轻代又有很多对象需要放入救助空间；第二个原因是年老代没有足够的空间接纳来自年轻代的对象；这两种情况都会转向Full GC，网站停顿时间较长。
解决方方案一：
第一个原因我的最终解决办法是去掉救助空间，设置-XX:SurvivorRatio=65536 -XX:MaxTenuringThreshold=0即可，第二个原因我的解决办法是设置CMSInitiatingOccupancyFraction为某个值（假设70），这样年老代空间到70%时就开始执行CMS，年老代有足够的空间接纳来自年轻代的对象。
解决方案一的改进方案：
又有改进了，上面方法不太好，因为没有用到救助空间，所以年老代容易满，CMS执行会比较频繁。我改善了一下，还是用救助空间，但是把救助空间加大，这样也不会有promotion failed。具体操作上，32位Linux和64位Linux好像不一样，64位系统似乎只要配置MaxTenuringThreshold参数，CMS还是有暂停。为了解决暂停问题和promotion failed问题，最后我设置-XX:SurvivorRatio=1 ，并把MaxTenuringThreshold去掉，这样即没有暂停又不会有promotoin failed，而且更重要的是，年老代和永久代上升非常慢（因为好多对象到不了年老代就被回收了），所以CMS执行频率非常低，好几个小时才执行一次，这样，服务器都不用重启了。
-Xmx4000M -Xms4000M -Xmn600M -XX:PermSize=500M -XX:MaxPermSize=500M -Xss256K -XX:+DisableExplicitGC -XX:SurvivorRatio=1 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:LargePageSizeInBytes=128M -XX:+UseFastAccessorMethods -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 -XX:+PrintClassHistogram -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:log/gc.log
CMSInitiatingOccupancyFraction值与Xmn的关系公式
上面介绍了promontion faild产生的原因是EDEN空间不足的情况下将EDEN与From survivor中的存活对象存入To survivor区时,To survivor区的空间不足，再次晋升到old gen区，而old gen区内存也不够的情况下产生了promontion faild从而导致full gc.那可以推断出：eden+from survivor (Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction/100)>=(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)) 进而推断出：
CMSInitiatingOccupancyFraction <=((Xmx-Xmn)-(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)))/(Xmx-Xmn)*100
例如：
当xmx=128 xmn=36 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-36)-(36-36/(1+2)))/(128-36)*100 =73.913
当xmx=128 xmn=24 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-24)-(24-24/(1+2)))/(128-24)*100=84.615…
当xmx=3000 xmn=600 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((3000.0-600)-(600-600/(1+2)))/(3000-600)*100=83.33
CMSInitiatingOccupancyFraction低于70% 需要调整xmn或SurvivorRatior值。