First, what is GC
GC is jvm garbage collection, the garbage collection laws and principles:
the number of frequent neonatal collection zone (Young)
the number of times less endowment collection zone (Old)
substantially permanently fixed region (Perm)
Two, GC algorithm (Algorithm generational collection)
GC total of four algorithms, namely:
① reference counting method
② copy algorithm (Copying)
③ clear mark (Mark-Sweep)
④ compression marks (Mark-Compact)
⑤ compression flag cleared (Mark-Sweep-Compact)
1.1 Reference counting
1.2 replication algorithm (Copying)
Replication algorithm is mainly used in the new generation in.
1.2.1 copy algorithm principle
All live objects in Eden Minor GC will have moved to the area in Survivor, Survivor if the region does not fit, then the rest of the living object is moved in Old generation, that is, once collected, is to become Eden to empty the.
当对象在 Eden ( 包括一个 Survivor 区域，这里假设是 from 区域 ) 出生后，在经过一次 Minor GC 后，如果对象还存活，并且能够被另外一块 Survivor 区域所容纳( 上面已经假设为 from 区域，这里应为 to 区域，即 to 区域有足够的内存空间来存储 Eden 和 from 区域中存活的对象 )，则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor 区域 ( 即 to 区域 ) 中，然后清理所使用过的 Eden 以及 Survivor 区域 ( 即 from 区域 )，并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在 Survivor 区每熬过一次 Minor GC，就将对象的年龄 + 1，当对象的年龄达到某个值时 ( 默认是 15 岁，通过-XX:MaxTenuringThreshold 来设定参数)，这些对象就会成为老年代。
复制必交换，谁空谁为to
年轻代中的GC,主要是复制算法（Copying）
1.2.1 复制算法优缺点
HotSpot JVM把年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to）。默认比例为8:1:1。
一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后，如果仍然存活，将会被移到Survivor区。
对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的(90%以上)，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片。
复制算法它的缺点也是相当明显的。
1、它浪费了一半的内存，这太要命了。
2、如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视。 所以从以上描述不难看出，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服50%内存的浪费。
1.3 标记清除(Mark-Sweep)算法
养老代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现
1.3.1 标记清除算法原理
当堆中的有效内存空间（available memory）被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被称为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。
标记：从引用根节点开始标记所有被引用的对象。标记的过程其实就是遍历所有的GC Roots，然后将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象。
清除：遍历整个堆，把未标记的对象清除。
缺点：此算法需要暂停整个应用，会产生内存碎片
用通俗的话解释一下标记/清除算法，就是当程序运行期间，若可以使用的内存被耗尽的时候，GC线程就会被触发并将程序暂停，随后将依旧存活的对象标记一遍，最终再将堆中所有没被标记的对象全部清除掉，接下来便让程序恢复运行。
1.3.2 标记清除算法优缺点：
- 缺点
1、首先，它的缺点就是效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序，这会导致用户体验非常差劲
2、其次，主要的缺点则是这种方式清理出来的空闲内存是不连续的(内存碎片)，这点不难理解，我们的死亡对象都是随即的出现在内存的各个角落的，现在把它们清除之后，内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这一点，JVM就不得不维持一个内存的空闲列表，这又是一种开销。而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。
- 优点
不需要双倍的内存空间。
1.4 标记压缩(Mark-Compact)
养老代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现
1.4.1 标记压缩算法原理
在整理压缩阶段，不再对标记的对象做回收，而是通过所有存活对象都向一端移动，然后直接清除边界以外的内存。
可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。
1.4.2 标记清除算法优缺点
- 优点
标记/整理算法不仅可以弥补标记/清除算法当中内存区域分散的缺点，也消除了复制算法当中，内存减半的高额代价
- 缺点
标记/整理算法唯一的缺点就是效率也不高，不仅要标记所有存活对象，还要整理所有存活对象的引用地址。从效率上来说，标记/整理算法要低于复制算法。
1.5 标记清除压缩(Mark-Sweep-Compact)
1.5.1 标记清除压缩算法原理
标记清除压缩算法就是将标记清除算法与标记压缩算法结合起来。
三、总结
3.1 各个算法对比
内存效率：复制算法>标记清除算法>标记整理算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）。
内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清除算法。
内存利用率：标记整理算法=标记清除算法>复制算法。
可以看出，效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存，而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标，标记/整理算法相对来说更平滑一些，但效率上依然不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，又比标记/清除多了一个整理内存的过程。
所以针对不同的垃圾回收的算法的不同的特点，所以针对jvm堆中不同的区采用不同的算法，即分代收集算法。
3.2 不同分区的不同算法
- 年轻代(Young Gen)
年轻代特点是区域相对老年代较小，对象存活率低。
这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对象大小有关，因而很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，通过hotspot中的两个survivor的设计得到缓解。
- 老年代(Tenure Gen)
老年代的特点是区域较大，对象存活率高。
这种情况，存在大量存活率高的对象，复制算法明显变得不合适。一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。
Mark阶段的开销与存活对象的数量成正比，这点上说来，对于老年代，标记清除或者标记整理有一些不符，但可以通过多核/线程利用，对并发、并行的形式提标记效率。
Sweep阶段的开销与所管理区域的大小形状相关，但Sweep“就地处决”的特点，回收的过程没有对象的移动。使其相对其它有对象移动步骤的回收算法，仍然是效率最好的。但是需要解决内存碎片问题。
Compact阶段的开销与存活对象的数据成开比，如上一条所描述，对于大量对象的移动是很大开销的，做为老年代的第一选择并不合适。
基于上面的考虑，老年代一般是由标记清除或者是标记清除与 标记整理 的混合实现。以hotspot中的CMS回收器为例，CMS是基于Mark-Sweep实现的，对于对象的回收效率很高，而对于碎片问题，CMS采用基于Mark-Compact算法的Serial Old回收器做为补偿措施：当内存回收不佳（碎片导致的Concurrent Mode Failure时），将采用Serial Old执行Full GC以达到对老年代内存的整理。