常用的GC算法
1.引用計(jì)數(shù)法
給一個(gè)對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器喝滞，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)猴誊，計(jì)數(shù)器的值就加1潦刃，當(dāng)引用失效時(shí)計(jì)數(shù)器就減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為0時(shí)懈叹，代表對(duì)象不再被使用乖杠，可以進(jìn)行回收。
特點(diǎn)
引用計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單澄成，判斷效率也很高胧洒，但是它很難解決對(duì)象之間互相引用的問題。如兩個(gè)對(duì)象objA和objB都有一個(gè)字段instance,
objA.instance=objB;
objB.instance=objA;
除了這里互相引用其余地方都沒有任何引用环揽，這兩個(gè)對(duì)象都是不可訪問的對(duì)象略荡，但他們的計(jì)數(shù)都不是0.引用計(jì)數(shù)法無法通知GC收集器收集庵佣。
2.可達(dá)性算法
這個(gè)算法的思想是通過一系列叫做“GC Root”的節(jié)點(diǎn)歉胶，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索到的路徑叫做引用鏈巴粪，當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Root沒有任何引用鏈相連（圖論的角度通今，沒有從GC Root到該對(duì)象的路徑），表明該對(duì)象不可達(dá)肛根”杷可以被回收
GC Root對(duì)象
虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的的變量
方法區(qū)類靜態(tài)屬性的變量
方法區(qū)常量引用的對(duì)象
本地方法棧中（即一般說的Native方法）引用的變量
標(biāo)記清除法
標(biāo)記清除法有兩個(gè)階段：標(biāo)記和清除
標(biāo)記階段：標(biāo)記階段會(huì)為所有活動(dòng)對(duì)象打上標(biāo)記，首先標(biāo)記通過根直接引用的對(duì)象派哲，然后遞歸的別偶記通過指針數(shù)組可以訪問的對(duì)象臼氨，有些函數(shù)可能會(huì)多次調(diào)用，為避免重復(fù)標(biāo)記芭届，每次標(biāo)記前會(huì)檢查是否已標(biāo)記储矩，若已標(biāo)記，則不處理褂乍。
清除階段：清除標(biāo)記階段標(biāo)記的對(duì)象
特點(diǎn)
1.標(biāo)記跟清除兩個(gè)階段效率都不高
2.存在內(nèi)存碎片問題
復(fù)制算法
為了解決標(biāo)記清除的效率問題持隧，產(chǎn)生了復(fù)制算法，首先將內(nèi)存分成大小相等的兩塊逃片，每次使用其中的一塊屡拨，當(dāng)內(nèi)存不夠發(fā)生GC時(shí)，將存活的對(duì)象復(fù)制到未使用的一塊中，一次性清除已使用過的那一塊的所有呀狼。
特點(diǎn)
1.每次都對(duì)整個(gè)半?yún)^(qū)內(nèi)存進(jìn)行回收裂允，內(nèi)存分配也不需要考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況
2.實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效
3.代價(jià)是將內(nèi)存減少到了原來的一半
4.現(xiàn)在商業(yè)的虛擬機(jī)都采用復(fù)制算法對(duì)分代思想的新生代進(jìn)行收集哥艇。
5.當(dāng)存活率較高時(shí)叫胖，要復(fù)制的對(duì)象就很多，復(fù)制算法的效率將會(huì)變得很低她奥。
標(biāo)記整理算法
為了解決對(duì)象存活率比較高的情況下瓮增，復(fù)制算法效率變得很低的問題。還有如果不想浪費(fèi)50%的空間的話哩俭，為了應(yīng)對(duì)一些極端情況（如100%對(duì)象存活）就需要額外的內(nèi)存進(jìn)行擔(dān)保绷跑，（下面分代算法中的新生代采用復(fù)制算法，就需要老年代做擔(dān)保）凡资≡夷螅基于上面這些復(fù)雜算法的特點(diǎn)，所以老年代一般不采用復(fù)制算法進(jìn)行垃圾回收隙赁，而是采用標(biāo)記整理算法垦藏。
標(biāo)記整理算法與標(biāo)記清除算法的區(qū)別是后續(xù)步驟不是對(duì)垃圾進(jìn)行直接的清除，而是將存活對(duì)象移向內(nèi)存的一端伞访，然后直接清除掉邊界外的垃圾內(nèi)容掂骏，如下圖所示
特點(diǎn)
1.在標(biāo)記-清除的基礎(chǔ)上還需進(jìn)行對(duì)象的移動(dòng)，成本相對(duì)較高
2.不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片厚掷。
3.一般在老年代的回收中會(huì)采用弟灼。（如CMS垃圾回收器可以設(shè)置在進(jìn)行多少次標(biāo)記清除算法之后可以進(jìn)行一次標(biāo)記整理算法）
分代算法
這種方法根據(jù)對(duì)象的存活周期不同，將內(nèi)存劃分為幾塊冒黑，一般將內(nèi)存分為新生代田绑、老年代。這樣可以根據(jù)不同年代的特點(diǎn)使用不同的回收算法抡爹，新生代一般都是朝生夕滅的對(duì)象掩驱，只有少量對(duì)象存活所以可以選擇復(fù)雜算法。而老年代對(duì)象的存活率較高冬竟，又沒有空間擔(dān)保欧穴，所以一般采用標(biāo)記清除或標(biāo)記整理算法。
收集器的種類
Serial收集器&Serial old收集器
Serial收集器是一款單線程收集器主要是用來對(duì)新生代進(jìn)行垃圾回收诱咏，采用的是復(fù)制算法苔可，與Serial old配合使用時(shí)Serial old對(duì)老年代進(jìn)行垃圾回收，采用標(biāo)記整理算法袋狞。
Serial收集器簡(jiǎn)單高效但停頓現(xiàn)象嚴(yán)重（Stop the world現(xiàn)象）焚辅，對(duì)于運(yùn)行在Client模式下的虛擬機(jī)是一種很好的選擇
ParNew收集器
ParNew收集器是Serial收集器的多線程版本映屋，也是新生代的一款收集器，采用復(fù)制算法同蜻，與Serial收集器相比除了采用多線程收集外棚点，沒有多大區(qū)別。還有一點(diǎn)需要注意湾蔓，除了Serial收集器瘫析，目前只有ParNew收集器能與CMS配合工作
ParNew收集器在單CPU環(huán)境中絕對(duì)沒有Serial的效果好，由于存在線程交互的開銷默责，該收集器在超線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙CPU中都不能一定超過Serial收集器贬循。默認(rèn)開啟的垃圾收集器線程數(shù)就是CPU數(shù)量，可通過-XX：parallelGCThreads參數(shù)來限制收集器線程數(shù)
Parallel Scavenge(并行回收GC)收集器
Parallel Scavenge(并行回收GC)收集器是一款新生代的桃序、采用復(fù)制算法的并行收集器杖虾，parallel Scavenge收集器的目標(biāo)則是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量。吞吐量= 程序運(yùn)行時(shí)間/(程序運(yùn)行時(shí)間 + 垃圾收集時(shí)間)
短停頓時(shí)間適合和用戶交互的程序媒熊，體驗(yàn)好奇适。高吞吐量適合高效利用CPU，主要用于后臺(tái)運(yùn)算不需要太多交互芦鳍。
提供了兩個(gè)參數(shù)來精確控制吞吐量：1.最大垃圾收集器停頓時(shí)間（-XX：MaxGCPauseMillis 大于0的毫秒數(shù)嚷往，停頓時(shí)間小了就要犧牲相應(yīng)的吞吐量和新生代空間），2.設(shè)置吞吐量大心啤（-XX：GCTimeRatio 大于0小于100的整數(shù)皮仁，默認(rèn)99，也就是允許最大1%的垃圾回收時(shí)間）茄茁。
還有一個(gè)參數(shù)表示自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略（GC Ergonomics）（-XX：UseAdaptiveSizePolicy）魂贬。就不用手動(dòng)設(shè)置新生代大泄睢（-Xmn）裙顽、Eden和Survivor區(qū)的比例（-XX：SurvivorRatio）新生老年代對(duì)象大小（-XX：PretenureSizeThreshold）宣谈，會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況手機(jī)監(jiān)控信息愈犹，動(dòng)態(tài)調(diào)整停頓時(shí)間和吞吐量大小。也是其與PreNew收集器的一個(gè)重要區(qū)別闻丑，也是其無法與CMS收集器搭配使用的原因（CMS收集器盡可能地縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間漩怎，以提升交互體驗(yàn)）。
Parallel Old(并行GC)收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本嗦嗡，使用多線程和“標(biāo)記-整理”算法勋锤，JDK1.6才提供。
由于之前有一個(gè)Parallel Scavenge新生代收集器侥祭，叁执，但是卻無老年代收集器與之完美結(jié)合茄厘，只能采用Serial Old老年代收集器，但是由于Serial Old收集器在服務(wù)端應(yīng)用性能上低下谈宛，其吞吐量反而不一定有PreNew+CMS組合次哈。
CMS(并發(fā)GC)收集器
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。CMS收集器是HotSpot虛擬機(jī)中的一款真正意義上的并發(fā)收集器吆录，第一次實(shí)現(xiàn)了讓垃圾回收線程和用戶線程（基本上）同時(shí)工作窑滞。用CMS收集老年代的時(shí)候，新生代只能選擇Serial或者ParNew收集器恢筝。
CMS收集器是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的哀卫，整個(gè)收集過程大致分為4個(gè)步驟：
①.初始標(biāo)記(CMS initial mark)
②.并發(fā)標(biāo)記(CMS concurrenr mark)
③.重新標(biāo)記(CMS remark)
④.并發(fā)清除(CMS concurrent sweep)
其中初始標(biāo)記、重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟仍然需要停頓其他用戶線程（Stop The World）撬槽。初始標(biāo)記僅僅標(biāo)記出GC ROOTS能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象聊训，速度很快，并發(fā)標(biāo)記階段是進(jìn)行GC ROOTS 根搜索算法階段恢氯，會(huì)判定對(duì)象是否存活带斑。而重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間，因用戶程序繼續(xù)運(yùn)行而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄勋拟，這個(gè)階段的停頓時(shí)間會(huì)被初始標(biāo)記階段稍長(zhǎng)勋磕，但比并發(fā)標(biāo)記階段要短。
耗時(shí)最長(zhǎng)的是并發(fā)標(biāo)記與并發(fā)清除敢靡，是與用戶線程一起執(zhí)行的挂滓，所以整體來說，CMS收集器的內(nèi)存回收過程是與用戶線程一起并發(fā)執(zhí)行的啸胧。
CMS收集器的優(yōu)點(diǎn)：并發(fā)收集赶站、低停頓，但是CMS還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到完美
三個(gè)缺點(diǎn)
CPU敏感
1.CMS收集器對(duì)CPU資源非常敏感纺念。在并發(fā)標(biāo)記贝椿、并發(fā)清除階段，雖然不會(huì)導(dǎo)致用戶線程停頓陷谱，但是會(huì)占用CPU資源而導(dǎo)致應(yīng)用程序變慢烙博，總吞吐量下降。CMS默認(rèn)啟動(dòng)的回收線程數(shù)是：(CPU數(shù)量+3) / 4烟逊。收集器線程所占用的CPU數(shù)量為：（CPU+3）/4=0.25+3/（4*CPU）渣窜。因此這時(shí)垃圾收集器始終不會(huì)占用少于25%的CPU，因此當(dāng)進(jìn)行并發(fā)階段時(shí)宪躯，雖然用戶線程可以跑乔宿，但是很緩慢，特別是雙核CPU的時(shí)候访雪，已經(jīng)占用了5/8的CPU详瑞，吞吐量會(huì)很低囤官。為了解決這種情況，產(chǎn)生了“增量式并發(fā)收集器”（Incremental Concurrent Mark Sweep/i-CMS）蛤虐。就是采用搶占方式來模擬多任務(wù)機(jī)制党饮，就是在并發(fā)（并發(fā)標(biāo)記、并發(fā)清除）階段驳庭，讓GC線程刑顺、用戶線程交替執(zhí)行，盡量減少GC線程獨(dú)占CPU饲常，這樣垃圾收集過程更長(zhǎng)蹲堂，但是對(duì)用戶程序影響小一些。實(shí)際上i-CMS效果很一般贝淤，目前已經(jīng)被聲明為“deprecated”柒竞。
2.CMS收集器無法處理浮動(dòng)垃圾，可能出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure“播聪，失敗后而導(dǎo)致另一次Full GC的產(chǎn)生朽基。在并發(fā)清理階段用戶線程還在執(zhí)行，會(huì)產(chǎn)生新的垃圾离陶，這部分垃圾無法在這次回收中清理稼虎，而且用戶線程執(zhí)行，需要給用戶線程預(yù)留內(nèi)存以供執(zhí)行需要招刨，在默認(rèn)設(shè)置下霎俩，CMS收集器在老年代使用了68%的空間時(shí)就會(huì)被激活，也可以通過參數(shù)-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的值來提高觸發(fā)百分比沉眶，以降低內(nèi)存回收次數(shù)提高性能打却。
Concurrent Mode Failure解決方式
要是CMS運(yùn)行期間預(yù)留的內(nèi)存無法滿足程序其他線程需要，就會(huì)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗谎倔，這時(shí)候虛擬機(jī)將啟動(dòng)后備預(yù)案：臨時(shí)啟用Serial Old收集器來重新進(jìn)行老年代的垃圾收集柳击，這樣停頓時(shí)間就很長(zhǎng)了。所以說參數(shù)-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設(shè)置的過高將會(huì)很容易導(dǎo)致“Concurrent Mode Failure”失敗传藏，性能反而降低腻暮。
內(nèi)存碎片問題及解決
3.CMS是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的收集器，為了解決存在很多內(nèi)存碎片導(dǎo)致內(nèi)存空間找不到連續(xù)的空間來分配不得不提前觸發(fā)一次Full GC毯侦。為了解決這個(gè)問題，CMS收集器提供了一個(gè)-XX:UseCMSCompactAtFullCollection開關(guān)參數(shù)具垫，用于在Full GC之后增加一個(gè)內(nèi)存碎片的合并整理過程侈离，但是內(nèi)存整理過程是無法并發(fā)的，因此解決了空間碎片問題筝蚕，卻使停頓時(shí)間變長(zhǎng)卦碾。還可通過-XX:CMSFullGCBeforeCompaction參數(shù)設(shè)置執(zhí)行多少次不壓縮的Full GC之后铺坞，跟著來一次碎片整理過程（默認(rèn)值是0，每次FullGC都進(jìn)行整理）洲胖。
G1收集器
G1(Garbage First)收集器是JDK1.7提供的一個(gè)新的面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器济榨，其目標(biāo)就是替換掉JDK1.5發(fā)布的CMS收集器。
優(yōu)點(diǎn)
1.并發(fā)與并行：G1能充分利用多CPU绿映、多核環(huán)境下的硬件優(yōu)勢(shì)擒滑，使用多個(gè)CPU（CPU或CPU核心）來縮短停頓（Stop The World）時(shí)間。
2.分代收集：G1不需要與其他收集器配合就能獨(dú)立管理整個(gè)GC堆叉弦，但他能夠采用不同方式去處理新建對(duì)象和已經(jīng)存活了一段時(shí)間丐一、熬過多次GC的老年代對(duì)象以獲取更好收集效果。
3.空間整合：從整體來看是基于“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)淹冰，從局部（兩個(gè)Region之間）來看是基于“復(fù)制”算法實(shí)現(xiàn)的库车，但是都意味著G1運(yùn)行期間不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片空間，更健康樱拴，遇到大對(duì)象時(shí)柠衍，不會(huì)因?yàn)闆]有連續(xù)空間而進(jìn)行下一次GC，甚至一次Full GC晶乔。
4.可預(yù)測(cè)的停頓：降低停頓是G1和CMS共同關(guān)注點(diǎn)拧略，但G1除了追求低停頓，還能建立可預(yù)測(cè)的停頓模型瘪弓，可以明確地指定在一個(gè)長(zhǎng)度為M的時(shí)間片內(nèi)垫蛆，消耗在垃圾收集的時(shí)間不超過N毫秒
5.跨代特性：之前的收集器進(jìn)行收集的范圍都是整個(gè)新生代或老年代，而G1擴(kuò)展到整個(gè)Java堆(包括新生代腺怯，老年代)袱饭。
那么是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？
如何實(shí)現(xiàn)新生代和老年代全范圍收集
其實(shí)它的Java堆布局就不同于其余收集器呛占，它將整個(gè)Java堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region）虑乖，仍然保留新生代和老年代的概念，可是不是物理隔離的晾虑，都是一部分Region（不需要連續(xù)）的集合疹味。
如何建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型
是因?yàn)橛辛霜?dú)立區(qū)域Region的存在，就避免在Java堆中進(jìn)行全區(qū)域的垃圾收集帜篇，G1跟蹤各個(gè)Region里面的垃圾堆積的價(jià)值大胁谵唷（回收可以獲得的空間大小和回收所需要的時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值），后臺(tái)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先隊(duì)列笙隙，根據(jù)每次允許的收集時(shí)間洪灯，優(yōu)先回收價(jià)值最大的Region（Garbage-First理念）。因此使用Region劃分內(nèi)存空間以及有優(yōu)先級(jí)的區(qū)域回收方式竟痰，保證了有限時(shí)間獲得盡可能高的收集效率签钩。
如何保證垃圾回收真的在Region區(qū)域進(jìn)行而不會(huì)擴(kuò)散到全局
由于Region并不是孤立的掏呼，一個(gè)Region的對(duì)象可以被整個(gè)Java堆的任意其余Region的對(duì)象所引用，在做可達(dá)性判定確定對(duì)象是否存活時(shí)铅檩，仍然會(huì)關(guān)聯(lián)到Java堆的任意對(duì)象憎夷，G1中這種情況特別明顯。而以前在別的分代收集里面昧旨，新生代規(guī)模要比老年代小許多拾给，新生代收集也頻繁得多，也會(huì)涉及到掃描新生代時(shí)也會(huì)掃描老年代的情況臼予，相反亦然鸣戴。解決：G1收集器Region之間的對(duì)象引用以及新生代和老年代之間的對(duì)象引用，虛擬機(jī)都是使用Remembered Set來避免全堆掃描粘拾。G1中每個(gè)Region都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的Remembered Set,虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)程序在對(duì)Reference類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作時(shí)窄锅，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Write Barrier暫時(shí)中斷寫操作，檢查Reference引用的對(duì)象是否處于不同的Region之中(分代的例子中就檢查是否老年代對(duì)象引用了新生代的對(duì)象)缰雇，如果是則通過CardTable把相關(guān)引用信息記錄到被引用對(duì)象所屬的Region的Remembered Set之中入偷，當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存回收時(shí)，在GC根節(jié)點(diǎn)的枚舉范圍中加入Remembered Set即可避免全堆掃描械哟。
忽略Remembered Set的維護(hù)疏之，G1的運(yùn)行步驟可簡(jiǎn)單描述為：
①.初始標(biāo)記(Initial Marking)
②.并發(fā)標(biāo)記(Concurrenr Marking)
③.最終標(biāo)記(Final Marking)
④.篩選回收(Live Data Counting And Evacution)
1.初始標(biāo)記：初始標(biāo)記僅僅標(biāo)記GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，并且修改TAMS（Next Top at Mark Start）的值暇咆，讓下一階段用戶程序并發(fā)運(yùn)行時(shí)锋爪，能在正確可用的Region中創(chuàng)建新的對(duì)象。這階段需要停頓線程爸业，不可并行執(zhí)行其骄，但是時(shí)間很短。
2.并發(fā)標(biāo)記：與CMS一致
3.最終標(biāo)記：此階段是為了修正在并發(fā)標(biāo)記期間因?yàn)橛脩艟€程繼續(xù)運(yùn)行而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一份標(biāo)記記錄扯旷，虛擬機(jī)將這段時(shí)間對(duì)象變化記錄在線程Remembered Set Logs里面拯爽，最終標(biāo)記階段需要把Remembered Set Logs的數(shù)據(jù)合并到Remembered Set中，這段時(shí)間需要停頓線程钧忽，但是可并行執(zhí)行毯炮。
4.篩選回收：對(duì)各個(gè)Region的回收價(jià)值和成本進(jìn)行排序，根據(jù)用戶期望的GC停頓時(shí)間來制定回收計(jì)劃耸黑。
如果現(xiàn)有的垃圾收集器沒有出現(xiàn)任何問題桃煎，沒有任何理由去選擇G1，如果應(yīng)用追求低停頓崎坊，G1可選擇备禀，如果追求吞吐量，和Parallel Scavenge/Parallel Old組合相比G1并沒有特別的優(yōu)勢(shì)奈揍。
