本文基于jdk 1.7，参考《深入了理解java虚拟机》一书
一、GC算法
垃圾自动回收机制是java语言相比c++的一大特性，但垃圾收集并不是java语言的伴生物，GC的历史比java更加久远。为什么我们要了解GC和内存分配呢，当需要排查各种内存溢出、内存泄露问题时，当垃圾收集成为系统达到更大并发量的瓶颈时，我们就需要对垃圾自动回收机制进行调优。
1、标记-清除算法
“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而得到的。
其缺点主要有两个：一是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；另一个是空间问题，标记和清除之后会产生大量不连续的空间碎片，空间碎片太多可能会导致，当程序在以后的运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。
2、复制算法（年轻代的GC）
复制算法主要解决效率问题。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块，当一块内存快用完了，就将还存活的对象全部复制到另一块内存中，然后把已使用过的那一块内存一次清理掉，这样每次回收都针对一整块内存进行回收，内存分配时也不用考虑内存碎片等情况，实现简单，运行高效。主要缺点是内存缩小为原来的一半。在对象存活率高时，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。
现在的商业虚拟机都采用复制算法来回收新生代。由于新生代的对象绝大部分是“朝生夕死”的，使用复制算法只需复制少量的存活对象，分配空间时也不用1：1分配，而是将内存划分为一块较大的Eden区和两块较小的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden区和两块Survivor空间大小比例是8：1：1，每次使用Eden区和其中一块Survivor空间，当回收时，将Eden区和Survivor空间还存活的对象复制到另一块Survivor空间中，当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（老年代）进行分配担保，大对象直接进入老年代。
3、标记-整理算法（老年代的GC）
复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，效率将会变低。并且需要额外的空间进行担保，所以老年代一般不采用复制算法进行GC。
根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
4、分代收集算法
当前商业虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法没用新的思想，只是根据对象的存活周期不同将内存划分为几块，一般就是把java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点选择不同的算法进行垃圾收集。年轻代死亡率高，采用复制算法，老年代存活率高，并且没有多余的空间进行担保，所以选择“标记清除算法”或者“标记整理算法”。
二、垃圾收集器
垃圾收集算法是内存回收的方法论，垃圾收集器是内存回收的具体实现。
1、Serial收集器
串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。新生代、老年代使用串行回收；新生代复制算法、老年代标记-整理；垃圾收集的过程中会Stop The World（暂停其他所有工作线程）。
Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。
参数控制： -XX:+UseSerialGC 串行收集器
2、ParNew收集器
ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，新生代并行（GC线程与GC线程并行），老年代串行；新生代复制算法、老年代标记-整理算法。
除了Serial收集器，目前只有ParNew收集器能和CMS收集器配合工作。
参数控制：
-XX:+UseParNewGC ParNew收集器
-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量
3、Parallel Scavenge收集器
Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量（运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)）。可以通过参数来打开自适应调节策略，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量；也可以通过参数控制GC的时间不大于多少毫秒或者比例；新生代复制算法、老年代标记-整理算法。
参数控制：
-XX:+UseParallelGC 使用Parallel收集器+ 老年代串行
-XX:MaxGCPauseMillis 控制最大垃圾收集停顿时间
-XX:GCTimeRatio 设置吞吐量大小
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 使用自动调节策略
4、Serial Old收集器
Serial Old收集器是Serial收集器的老年代版本，同样是一个单线程收集器，使用标记-整理算法。
5、Parallel Old收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法。这个收集器是在JDK 1.6中才开始提供
参数控制： -XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+ 老年代并行
6、CMS收集器
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。很大一部分的Java应用都集中在互联网站或B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。
从名字（包含“Mark Sweep”）上就可以看出CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的，它的运作过程相对于前面几种收集器来说要更复杂一些，整个过程分为4个步骤，包括：
- 初始标记（CMS initial mark）
- 并发标记（CMS concurrent mark）
- 重新标记（CMS remark）
- 并发清除（CMS concurrent sweep）
其中初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”。初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快，并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程，而重新标记阶段则是为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段稍长一些，但远比并发标记的时间短。
由于整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除过程中，收集器线程都可以与用户线程一起工作，所以总体上来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发地执行。老年代收集器（新生代使用ParNew）
优点： 并发收集，低停顿。
缺点： 占用CPU、无法处理浮动垃圾、产生内存空间碎片
参数控制：
-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS收集器
-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC后，进行一次碎片整理；整理过程是独占的，会引起停顿时间变长
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction 设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理
-XX:ParallelCMSThreads 设定CMS的线程数量（一般情况约等于可用CPU数量）
7、G1收集器
G1是技术发展的前沿成果之一，HotSpot开发团队赋予它的使命是未来可以替换掉JDK1.5中发布的CMS收集器。与CMS收集器相比G1收集器有以下特点：
- 空间整合：G1收集器采用标记整理算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会因为无法找到连续空间而提前触发下一次GC。
- 可预测停顿：这是G1的另一大优势，降低停顿时间是G1和CMS的共同关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为N毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已经是实时Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了
- 分代收集 ：与其他收集器一样，G1收集器采用分代收集算法，可以不用与其他收集器配合就能管理整个GC堆。
- 并行与并发 ：G1充分利用多CPU，多核环境下的硬件优势，利用多个CPU来缩短Stop The World的时间。
上面提到的垃圾收集器，收集的范围都是整个新生代或者老年代，而G1不再是这样。使用G1收集器时，Java堆的内存布局与其他收集器有很大差别，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔阂了，它们都是一部分（可以不连续）Region的集合。
G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小和回收所需的时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先收集回收价值最大的Region。
G1收集器的运作大致可分为以下几个步骤：
- 初始标记（Initial Marking）
- 并发标记（Concurrent Making）
- 最终标记（Final Marking）
- 筛选回收（Live Data Counting and Evaluation）
三、Minor GC与Full GC
新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为新生代的对象都具备朝生夕死的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
老年代GC（Full GC/Major GC） ：指发生在老年代的垃圾收集动作，出现了Full GC，经常会伴随至少一次的Minor GC，Full GC的速度一般比Minor GC慢10倍以上。
