一、垃圾回收机制的基础知识
垃圾回收是Java程序员最为熟知的术语之一。它是一种自动的内存管理机制，用来标记和清除不再被程序所使用的内存资源，以回收空间供其他程序使用，同时避免了一些潜在的内存泄漏问题。在Java中，所有未使用的对象都归垃圾回收机制管理，并通过这种机制自动清除，但垃圾回收机制是有一定代价的，它需要消耗大量CPU资源和时间，会对应用特定的性能产生影响。
在JDK8中，Java有两种机制来处理内存管理：堆和栈。在堆中的内存是动态分配的，它主要用来存储对象。通过堆中的垃圾回收机制来清理未使用的对象，释放内存，并确保可用内存的最大值。另一方面，栈中的内存由程序员手动管理。它是使用栈来维护当前所在代码执行的状态，包括基本类型，方法调用和参数值。
<?php
public class GarbageCollectionTest {
public static void main(String[] args) {
// create an object
Object obj = new Object();
// discard the reference variable
obj = null;
}
}</code> 上述代码中，obj变量引用了一个对象，当对象不再使用时，将其设置为null会将变量与对象之间的关系断开，并在垃圾回收期间回收对象占用的内存。
二、JDK8垃圾回收算法
在JDK8中，Java的垃圾收集器根据内存管理的需求，采用了不同的算法，分别适用于不同的场景。主要的垃圾收集器包括:
1. Serial垃圾回收器
Serial垃圾回收器是JDK8自带的首选算法，用于带单线程、轻负载或较小内存的情况。它采用标记-清除算法，通过遍历对象并标记未使用的内存来清除不再使用的内存。Serial垃圾回收器在处理时会停止应用程序的线程、锁定内存，并处理完垃圾回收后再恢复，可能引起明显的暂停和延迟。
2. Parallel垃圾回收器
Parallel垃圾回收器是一种多线程垃圾回收器，它通过多线程扫描堆中的对象来清理内存，可用于多核处理器系统、高负载和大型数据集。Parallel垃圾回收器同样采用标记-清除算法，在后台处理时会使用多个线程同时扫描对象，因此速度更快，但仍可能在某些情况下产生暂停。
3. CMS垃圾回收器
Concurrent Mark Sweep（CMS）垃圾回收器是一种基于标记折叠算法的低停顿、可并发的垃圾回收器，可以在应用程序执行的同时处理垃圾回收，从而降低执行时间和系统延迟。CMS垃圾回收器适用于处理大型内存管理、高并发的场景，并在停顿时间方面比Parallel回收器要短。
4. G1垃圾回收器
Garbage-First（G1）垃圾回收器是一个更加现代的JVM垃圾回收器，使用分代回收算法有效管理大量产生垃圾对象和产生不规则的分配模式的堆内存。G1垃圾回收器通过划分堆内存为多个小区域，可以在不需要做完整堆的清理过程下，快速且准确地识别和清理仅包含部分垃圾的内存并启动多线程并发清理机制，从而减少了执行停顿时间。
三、如何优化垃圾回收机制
1. 调整堆大小
在JDK8中，默认堆大小为物理内存的四分之一。如果堆的大小足够，JVM将有更多的内存用于存储临时对象并减少垃圾回收次数。因此，在需要大量内存时，适当增加 -Xmx和-Xms参数的值，可以使用尽可能多的堆内存。这种方式可能会导致大量的对象，然后减少有关的垃圾回收时间和CPU性能的问题。
2. 消减无用对象的内存足迹
静态成员和对象的引用是常见的内存浪费问题之一，它们占用的内存足迹通常比其他对象大。应该避免使用永久不变的对象和重复创建相似的对象。
<?php
private static final String ENTITY = "&";
private static final String REPLACEMENT = "&";
private static final Pattern SYMBOL_PATTERN = Pattern.compile("[^\\w&&[^\\\\b]]");
public static String htmlEscape(String input) {
Matcher matcher = SYMBOL_PATTERN.matcher(input);
StringBuffer result = new StringBuffer(input.length());
while (matcher.find()) {
String replacement = Matcher.quoteReplacement(REPLACEMENT + matcher.group(0) + ENTITY);
matcher.appendReplacement(result, replacement);
}
matcher.appendTail(result);
return result.toString();
}</code>
3. 消除无用代码
应该尽可能减少无用的代码和内存泄露可能，通过软件工程的最佳实践，避免无意中以错误的方法使用代码。
4. GC日志分析
JVM提供了GC日志，其中包含垃圾回收器的详细信息和资源消耗情况。通过GC日志的分析，可以找出问题的根本原因，例如垃圾回收运行的时间过长、频繁使用的对象或指针指向性能不佳等问题。
<?php
java -verbose:gc MyClass</code>
5. 调整GC参数
对于相同的代码，在不同的硬件和操作环境下，可能需要不同的GC参数来获得最佳性能。通过配合应用程序实际情况，可以调整JVM参数以优化垃圾回收。调整参数的方法包括：增加堆内存大小、调整内存池比率、减少垃圾回收周期、调整清除对象的阈值等。
<?php
java -XX:MaxHeapSize=2g -XX:NewSize=1g -XX:+UseConcMarkSweepGC MyClass
java -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxTenuringThreshold=0 -XX:+UseParallelGCTestClass</code>
