垃圾回收机制

1. 分代收集

• 分代收集（Generational Collector）算法就是其中一种针对GC性能优化算法，将堆内存划分为新生代、老年代。
• 在分代收集算法中，对象的存储具有以下特点：
  • 对象优先在 Eden 区分配。
  • 大对象直接进入老年代。
  • 长期存活的对象将进入老年代，默认为 15 岁。
• 基本概念：
  • 对象的生命周期：每经历一次GC，对象年龄 + 1。
  • 伊甸区：是对象诞生的地方。经过经验的推算，大部分对象的生命基本活不过1岁。
  • 生存区：活过了1岁，但大部分也活不到成年15岁。这些对象每经历一次 GC，会在 SA 和 SB 之间反复横跳。
  • 老年区：极少数成年的对象 或者 大对象会被一开始放在这儿。

2. 标记复制

• 按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉。
  
• 虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话，Copying算法的效率会大大降低。

3. 标记清除

• 分为两个阶段：标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。
  
• 最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

4. 标记压缩（整理）

标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。

垃圾回收器

1. Serial / Serial Old

• Serial工作在新生代垃圾回收， Serial Old工作在老年代垃圾回收，一般作为CMS并发收集失败后的备选回收方案。
• 当进行工作的时候，用户线程全部暂停，等它工作完成后，用户线程才允许继续工作。

简写： Serial收集器：全部暂停，直到收集结束。使用复制算法，响应速度快，没有线程交互开销，简单高效，额外内存消耗最小，适合用于单核cpu环境下client模式，体验会差一点，但只要不频繁发生收集，也可以接受。

2. Parallel Scavenge

• ParNew收集器实质上是Serial收集器的多线程并行版本，除了同时使用多条线程进行垃圾收集之
  外，其余的行为包括Serial收集器可用的所有控制参数、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器完全一致，在实现上这两种收集器也共用了相当多的代码。

• 特点：

  • 多线程
  • STW相对少点
  • 关注吞吐量，高效率利用CPU

3. ParNew收集器

• 和Parallel Scavenge收集器一样，都是多线程进行回收，不过主要是和CMS收集器配合使用
  

4. 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。目前很大一部分的Java应用集中在互联网网站或者基于浏览器的B/S系统的服务端上，这类应用通常都会较为关注服务的响应速度，希望系统停顿时间尽可能短，以给用户带来良好的交互体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求。
• 垃圾回收过程：
  • 初始标记（initial-mark）：initial-mark 需要 Stop The World（简写为STW，就是停止所有用户线程），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。这个GC Roots 仅仅是老年代的 GC Roots ，同时初始标记不用去解决跨代引用（新生代引用老年代）问题，这个问题需要留在 remark 阶段去解决。暂停所有用户线程，只标记GC Roots直接引用的对象
  • 并发标记（concurrent-mark）：GC线程和用户线程同时工作，GC线程从gc goot开始遍历整个对象图
  • 重新标记（remark）：remark 阶段需要 STW，这个阶段会比 initial-mark 阶段要长，但远比 concurrent-mark 阶段要短。主要是为了标记前面并发阶段，用户线程继续运作而导致漏标、少标的对象。
  • 并发清理（concurrent-sweep）：concurrent-sweep 阶段不需要 Stop The World，上一阶段记录了本次 GC 的内存区域，标记整理算法并不用一一去回收已死对象，只需要把已死对象所在内存区域重新加入空闲列表即可。由于是和用户线程并发执行，这时新晋对象进入老年代所在的内存范围不在 GC 内存范围之内，所以它没被标记也不会被参与回收。
  • 并发重置（concurrent reset）：重新设置 CMS 相关的各种状态及数据结构，为下一个垃圾收集周期做好准备，将存活对象上的标记给移除掉，避免影响下次GC
• 特点：
  • STW时间短
  • 产生浮动垃圾
  • 空间碎片（可以在清理后开启空间压缩处理）
  • 如果一直清理不干净，会导致频繁出现full GC最终导致并发收集失败，采用备选方案 Serial old单线程收集
• CMS 很多阶段是和用户线程并发执行，这些阶段会源源不断有新的对象产生，从而触发 YGC，如果需要搬进老年代的对象大于老年代的可用空间，则会触发 Full GC。
  

5. G1收集器

• Garbage First（简称G1）收集器是垃圾收集器技术发展历史上的里程碑式的成果，它开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式。全功能的垃圾收集器，主要面向服务端应用的垃圾收集器，具备较高吞吐率。
  

• 调整:

  • 在新生代和老年代的基础上，加了一个存放大对象的区域
  • 将整个内存区域全部划分成大小相同的网格（region），最多有2048个region
  • 每个region 都有可能存储新生代或老年代或大对象
  • 大对象的定义是超过region的50%
  • 如果一个大对象存放不下，那么就跨越多个region存放
  • 可以通过参数控制停顿时间长短

• 回收过程：

  • 初始标记
  • 并发标记
  • 最终标记
  • 筛选回收

• 特点：

  • 并发和并行
  • 空间整合
  • 可预测的停顿

参考链接

CMS 垃圾回收器
G1垃圾回收器详解
JVM垃圾回收机制