一、垃圾回收
垃圾回收一般发生在堆或方法区中，也就是线程共享的部分，堆和方法区的内存分配和垃圾回收都是通过垃圾回收器去实现的。
不同的垃圾回收器对应不同的垃圾回收算法。
（一）判断算法
1、判断哪些对象需要回收
判断哪些对象需要回收主要有引用计数法和根搜索算法。
引用计数法：给对象添加一个引用计数器，每一次被引用该计数器就会加一，当引用失效时，该计数器就会减一，当计数器的值为0时，就可以进行垃圾回收。其优点就是实现简单、判断效率高；缺点是很难解决循环引用的问题，这也是java语言没有使用该算法的原因。
根搜索算法：也叫做可达性算法，通过GCRoot作为根节点开始向下搜索，搜索走过的路程称为引用链，当一个对象到GCRoot没有任何一条引用链时，则证明该对象没有被使用。
可以作为GCRoot的对象：虚拟机栈中引用的对象、方法区中类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中引用的对象，总结就是堆中的对象不能作为GCRoot
2、垃圾回收过程
可达性分析后如果对象是不可达的，也并非直接就进行回收，这只是第一次标记，而对象进行回收需要进行两次标记，其中第一次标记就是前面说的使用GCRoot进行搜索后没有引用链的对象进行标记，第二次标记是在第一次标记后紧接着会有一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法，在finalize()方法zhong没有重新与GCRoot建立联系的对象，将会被第二次标记，
第二次标记成功的对象就会被真正的回收，如果在调用finalize方法时，对象与GCRoot重新建立了联系，那么该对象就会逃离本次回收。
3、方法区回收
方法去也是有垃圾回收的，主要回收废弃的常量和无用的类，由于回收性价比极低，因此就算满足回收条件也不一定会回收。
废弃常量：例如字符串常量池，没有对象引用即可回收，同时常量池中类、方法、字段的符号引用也与此类似。
无用的类：需要满足三个条件：（1）该类的所有实例都已经被收回；（2）该类的ClassLoader已经被收回；（3）该类对应的Class对象不存在任何的引用，不能通过反射产生该类的实例对象
（二）回收算法
垃圾回收算法有标记清除算法、复制回收算法、标记整理算法、分代回收算法等。
1、标记清除算法
标记清除算法是最基本的算法，分为标记和清楚两个阶段，首先标记出需要清理的对象，在标记完成后，统一回收掉被标记的对象。
缺点是效率低（标记和清楚效率都不高）及存在内存碎片（会产生大量不连续的内存碎片，导致大对象不能存储，提前触发GC）。
2、复制回收算法
为了提高效率，其将内存分为两块大小相等的区域，每次只使用其中的一块，当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另外一块上，然后再把已使用的内存清除掉。
现代商业虚拟机都是使用复制回收算法来对新生代进行垃圾回收的，每次回收时会将Enden区和其中一个S区中存货的对象复制到另一个S区，然后清空Ende区和该S区，在Hotspot中，Eden区和S区的比例为8：2，S0:S1为1：1，因此在新生代中使用的：未使用的比例为9：1，浪费了十分之一的内存，但是却大大提高了效率。
当S区内存不够使用时，则会依赖老年代进行内存担保。
3、标记整理算法
标记过程仍然使用标记清除算法，在清除完毕后，将还存活的对象都向一端移动，然后清理掉边界以外的内存。
老年代没有区域对其进行内存担保，因此其使用标记整理算法。
4、分代回收算法
目前现在的商用虚拟机都是采用这种算法，跟队对象的存活周期将内存划分为几个不同的区域，然后根据每个区域的特点进行不同的垃圾回收。
新生代：由于每次回收都有大量对象被回收，因此使用复制回收算法。
老年代：对象存活率高，无其他区域对其进行内存担保，就必须采用标记清除和标记整理算法。
（三）内存担保机制
内存担保是在内存分配时，新生代内存不足时，把新生代存活的对象搬到老年代，然后将腾出来的内存用于存放最新的对象。
在不同的GC机制下，担保机制也略有不同，在Serial+Serial Old组合下，发现存不下就直接启动内存担保，而在Parallel scavenge+Serial Old组合下， 先要看下要分配的内存是都大于Eden区的一半，如果大于，就直接把对象放在老年代，如果不大于，才会开启内存担保。
（四）GC方式
GC方式分为minorGC、majorGC和fullGC三种。
minorGC：新生代的垃圾回收，很快就回收了，使用的是一些垃圾回收比较快的算法，例如复制回收算法。
majorGC：老年代的垃圾回收，比minorGC慢10倍，因此要尽量避免majorGC。majorGC不是fuuGC，majorGC只针对堆，而fuuGC不但针对堆，还针对方法区。
fuuGC：整个堆和方法区的垃圾回收；老年代不够用，没有其他内存区域对其进行内存担保，会触发fuuGC；方法区不够用，没有其他内存区域对其进行担保，会触发fuuGC；当新生代无法被老年代成功担保时，也会发生fuuGC
二、垃圾收集器
（一）垃圾回收器概述
为了达到最大性能，基于分代管理和回收算法，并结合回收的时机，JVM实现的垃圾回收器有：串行回收、并行回收、并发标记回收（CMS）和垃圾优先回收（G1）。
1、串行回收
串行回收使用单线程进行垃圾回收，在回收时应用程序需要STW。
新生代通常使用复制算法，老年代通常使用标记压缩算法。
2、并行回收
并行是指多条垃圾回收线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。并发是指用户线程和垃圾回收线程同时执行，有可能用户程序运行在一个cpu上，垃圾回收运行在一个cpu上，也有可能用户程序和垃圾回收在同一个cpu上交替执行。
并行回收也需要SWT。
新生代使用复制算法，老年代使用标记压缩算法。
3、并发标记回收
并发标记回收（CMS）的整个回收期划分为多个阶段：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除等。
在初始标记和重新标记阶段需要SWT，在并发标记和并发清除阶段可以和应用程序一起执行，这个算法通常用于老年代，新生代可以使用并发回收。
4、垃圾优先回收
连续的内存将导致垃圾回收时间过长，停顿时间不可控，因此G1将堆拆分为一系列的分区，这样在一段时间内，大部分的垃圾收集器都只针对一部分分区，而不是整个堆或整个老年代。
（二）垃圾回收器
垃圾收集器是垃圾回收算法的具体实现（标记清除、复制回收、标记整理、分代收集），不同的虚拟机提供的垃圾回收会有很大差别，Hotspot虚拟机中的8种垃圾回收器：Serial、parNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1、ZGC
1、Serial收集器（新生代）
收集区域：新生代
收集方式：串行
收集算法：复制算法
串行收集器的组合：Serial+SerialOld
优点：简单有效；对于单CPU环境，Serial不需要线程切换的开销，可以获得高效的收集效率；在应用桌面的程序中，可用内存一般不大，可以在短时间内完成垃圾收集。
应用场景：主要用于client模式、单CPU、桌面应用程序。
参数配置：-XX:UseSerialGC
2、Serial Old收集器（老年代）
收集区域：老年代
收集方式：串行
收集算法：标记整理算法
应用场景：主要用于client模式
3、ParNew收集器（新生代）
收集区域：新生代
收集方式：并行方式
收集算法：复制算法
应用场景：在Server‘模式下，ParNew收集器是一个非常重要的收集器，因为除Serial外，目前只有他能与CMS收集器配合工作；ParNew是Serial收集器的多线程版本。
4、Paralell Scavenge收集器（新生代）
收集区域：新生代
收集方式：并行方式
收集算法：复制算法
因为与吞吐量关系密切，也被称为吞吐量收集器，并行收集器的组合：Paralell Scavenge + Serial Old，并行收集器是以关注吞吐量为目标的垃圾收集器，也是server模式下的默认收集器配置。
特点：他的关注点与其他收集器不同，CMS等收集器关注的是用户线程的停顿时间，而Paralell Scavenge关注的目标是达到一个可控的吞吐量。
应用场景：提高吞吐量为目标，减少垃圾收集时间，让用户代码获得更长的执行时间。适用于多CPU，对于停顿时间没有特别要求的后台任务。
5、Paralell Old收集器（老年代）
收集区域：老年代
收集方式：并行方式
回收算法：标记整理
收集组合：Paralell Scavenge + Paralell Old，Paralell Old是Paralell Scavenge的老年代版本，
应用场景：在server模式下、多CPU的情况下
6、CMS收集器（老年代）
收集区域：老年代
收集方式：并行方式
收集算法：标记清除
优点：并发收集、低停顿
缺点：
（1）CMS收集器对CPU资源非常敏感，在并发收集阶段，其虽然不会导致用户线程停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序运行变慢，从而导致吞吐量下降。
（2）CMS无法处理浮动垃圾，可能会导致并发模式故障从而触发full GC（浮动垃圾：由于CMS的并发标记是和应用程序并发执行的，因此会存在需要被收集但是没有标记到的对象，这些对象就只能在下一次GC中被回收，这些对象就称为浮动垃圾）
（3）CMS使用的收集算法是标记清除，因此可能会存在大量的内存碎片，从而导致full GC
应用场景：与用户交互较多的场景，希望系统停顿时间短，注重服务的响应时间。
参数配置：
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 强制进行空间碎片整理；CMS 采用标记算法，会产生大量的空间碎片。以上参数就是强制执行一次空间碎片整理，但是空间碎片整理会引发STW。 -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction 配置经过几次的FullGC进行空间碎片整理 -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction=10 经过10次FGC后进行空间碎片整理，以降低STW次数
7、G1收集器
收集区域：整个堆
收集方式：并行方式
收集算法：标记清楚和标记整理。G1收集器并没有在物理内存中使用分代划分，其在物理内存中划分了2048个分区（Region，可以通过-XX:G1HeapRegionSize进行设置），同时其还保留了分代的逻辑。
JDK7和JDK8默认使用ParalellGC进行垃圾回收，JDK9默认使用G1收集器，如果在JDK7和JDK8开启G1收集器，使用：-XX:+UseG1GC
G1不会等到内存耗尽或者快要耗尽时才开始进行垃圾回收，而是在内部采用了启发式算法，在老年代找出具有高收集效益的区进行收集。
G1里面有一个card卡片的概念。G1将堆内存划分为多个内存大小为512Byte的区域，一个区域称为一个card，分配对象会占用物理上连续的几个card；CardTable是一个字节数组，维护者所有的card，card中对象的引用发生变更时，card在cardTable中的值就会被标记为dirty，就称这个card被脏化了。
G1收集器并没有在物理内存中使用分代划分，其在物理内存中划分了2048个分区（Region，可以通过-XX:G1HeapRegionSize进行设置），同时其还保留了分代的逻辑，但是年轻代和老年代不再是物理上的隔离，他们是一部分Region的集合，这些Region可以是不连续的，每个Region可能随着G1的运行在不同代之间切换。 这些Region分区被分为Eden Region、Survivor Region、Old Region、Humongous Region（巨型分区，当一个对象的大小大于一个Region大小的50%时，他就会独占一个或多个Region，巨型对象会直接分配在老年代，该对象所占用的连续分区被称为巨型分区）。
G1的年轻代并不是固定不变的，当现有年轻代分区占满时，JVM会分配新的空闲Region加入到年轻代空间，整个年轻代的空间会在初始空间（-XX:G1NewSizePercent，默认为堆空间大小的5%）和最大空间（-XX:G1MaxNewSizePercent，默认为堆空间的60%）之间动态变化，且有参数目标暂停时间（-XX:MaxGCpauselMillis，默认为200毫秒）、需要扩容的大小及分区的已记忆集合计算得到，当然，G1可以直接设置年轻代的大小（-XX:NewRatio、-XX:Xmn），如果直接设置年轻代大小，则暂停目标将失去意义。
G1 Young GC
Young GC主要对Eden区进行垃圾回收，其会在Eden区空间耗尽的情况下触发，这种情况下，Eden空间存活的对象就会被移动到Survivor空间中，如果Survivo空间的空间不足，则这些对象就会被直接晋升到老年代；Survivor空间的对象会被移动到新的Survivor中，也有部分会晋升到老年代，最终Eden空间的数据为空，GC停止工作，应用程序继续执行。
G1 Mix GC
Mix GC不仅进行正常的新生代垃圾回收，同时也回收部分后台扫描线程标记的老年代分区。
（三）垃圾回收器组合方式
垃圾回收器按照回收区域来划分可以分为：年轻代垃圾回收器、老年代垃圾回收器
按照收集方式来划分可以分为：串行回收、并行回收、并发回收、垃圾优先
组合方式：
对于垃圾回收器的选择：
单CPU或小内存，可以使用SerialGC，-XX:+UserSerialGC
多CPU，需要大吞吐量，可以使用ParalellGC或者ParalellOldGC，-XX:+UseParalellGC或-XX:UseParalellOldGC
多CPU，追求低停顿，可以使用ParNew或CMS，-XX:UseParNewGC或-XX:UseConcMarkSweepGC