垃圾回收是JVM的后台线程完成的，回收内存中不再被引用的那些对象所占用的内存空间。垃圾回收机制在内存达到预先设定的阀值后被触发。经过几个版本的演化，目前主流的算法是CMS，即concurrent mark and sweeping，新一代GC算法G1（garbage first）也在Java6中实现。本文将介绍这几种垃圾回收算法，理解了这些算法，可以帮助我们写出高性能的java程序，并能诊断一些server程序发生的性能问题。有些问题我也不是很懂，将来会继续探讨。
垃圾回收带来的好处是显而易见的，但是这些好处也是需要代价的。垃圾回收算法几经改善，终极目的就是减少这些代价。那些垃圾回收会带来哪些问题呢？最重要的一个问题是“停止世界”，在垃圾回收的某个阶段，所有线程都必须停止工作，直到这个阶段结束。所有的算法都不能完全规避这个问题，但是不同的算法停止的时间不一样。其次的一个问题是会占用额外的内存空间，相对来说这个问题似乎可以忍受。其他的问题是可能造成内存碎片，分配内存的效率降低，或者出现oom。【到底是改变ref地址的时候stop the world还是mark的时候？是mark的时候，我理解jvm的地址应该有一个映射表，将逻辑地址映射到物理地址，sweep的时候，只需要修改映射表的entry，可以快速完成，而且不需要所有对象的sweep完成后再做，因此不需要stop the world。】
所有的垃圾回收算法都基于两个假设：新生成的对象绝大多数是临时对象，新生对象很少被老对象引用。这个符合我们写程序的常理。比如我们写一个函数，计算1000个数字的平均值，假设这些数字是string，那么我们需要把他们转成Number，也就意味着生成了1000个临时对象。但是最终我们只需要一个。其他那些将会被回收掉。
由于这个假设，JVM将heap分成3个区域：新生代，年老代，和永久保存区，在不同的区域实行不同的垃圾回收算法。新生代是新分配的对象，年老代是经过垃圾回收仍然保留下来的那些对象，永久保留区是JVM自己需要的那些对象，比如class文件，静态变量之类。
垃圾回收算法主要有：顺序GC，并行顺序GC（注意不是并发），并发GC，垃圾第一GC。对于前三种来说，内存数据结构是一样的，对于年轻代的gc算法也大致相同。
新生代内存区分成3块，eden，from，to。新对象在eden进行分配，等到到达一定规模的时候，进行垃圾回收，活下来的那些copy到to区间，同时from中一部分进入to区间，一部分promote到年老代。然后from被清空，to变成from，eden被清空。（问题：from中哪些进入to，哪些进入年老代呢？）当然移动不过由于之前的假设，新生代的对象比较少，update比较快，停顿也会比较少。年老代的内存分成很多个page，每个page 512 byte。每次新生代的gc都会导致年老代的内存上升一点点。等到达一定的阀值以后，年老代的垃圾回收开始。
三者的区别在于运行的方式以及对年老代的gc的方法。
顺序GC采用的是mark和compact。对年老代采用的是mark和compact。在释放垃圾的时候会对空间进行压缩。使得释放的内存也是连续的。这种方式适用于client的应用。
并行GC和顺序GC的算法基本相同，不同的是可以多个cpu并发执行。
CMS重点希望减少gc导致的停顿的时间。回收分成3个阶段：初始mark，并发mark，sweeping。初始mark时，jvm停止世界，确认初始可到达的对象集合。然后JVM启动多个线程分头去做并发mark，把所有能到达的对象都打上标记。在并发mark的结尾阶段，再次stop-the-world，对本阶段内新生成的对象进行remark。【在remark之前还有个一个优化】
相对于之前的算法来说，cms不需要在mark的整个阶段stop world，是一个改进。但是这也需要两次扫描所有对象，marking的时间比旧的算法要长，对象被回收的速度也就比较慢。而且在marking阶段，app还在运行，新的对象被生成而不能立即回收。所以改进也不是白来的。
Mark完就是sweeping了。sweeping就是把那些不能被reach的对象释放掉，但是并不移动位置。这就会导致内存是不连续的。而在新生代的内存中是连续的，分配空间比较方便。年老代的内存则不同，需要遍历所有的内存块，找到适合需要的尺寸的内存块。【我记得有个compact阶段的，不知道在哪里？】
总的来说cms算法降低了年老代垃圾回收的停顿，代价是年轻代的停顿略长（why？）整体吞吐量降低（因为有些本该回收的对象没有回收）额外的堆空间（why？），此外由于他是并发访问，还会占用多个cpu。但是对于那些需要快速响应的app来说，还是值得的，比如web server。这就是为什么jvm启动时需要-server这个选项的原因。
垃圾回收的一个重要的数据结构是card table。通过他可以快速找到发生修改的年老代内存块。另外新生代的内存分配是bump-the-pointer机制，因为内存是连续，每次分配只需要移动指针即可。年老代的内存分配则需要搜索可用的内存块。
年轻代的区间是有限的，如果分配的内存太大，会直接分配到年老代的区间中。如果eden进入to时，to的空间不够，会直接进入年老代，导致早熟的promotion，这会导致年老代区充斥这可能可以立即回收的对象。如果年轻代gc导致年老代的区间太大，触发了年老代的垃圾回收，这就是promotion失败。这两种现象是我们需要避免的。
cms的前身是并发顺序gc。他的特点能快速回收内存，但缺点是需要暂停较长的时间。适用于吞吐量优先的应用。cms则是停顿较短。
G1是新一代的垃圾回收机制。下一次将介绍他。