一、对象内存回收判断

1.引用计数算法

给对象一个引用计数器，每当有个地方引用就加一；当引用失效则减一；没有任何引用时计数器为0

该方法实现简单，高效；但是目前没有主流GC选择该算法，主要是该方式存在循环引用问题，会导致内存泄漏；

例如：

objA =newObj();

objB =newObj();

objA.instance=objB;

objB.instance=objA;

2.可达性分析算法

从“GC roots”（即线程栈本地变量，静态变量，本地方法栈变量）对象作为起点，从该节点向下查找，找到的都标记为非垃圾对象

二、垃圾收集算法

1.标记-清除算法（Mark-Sweep）

最基本的垃圾收集算法，分为两步，标记和清除；

优点：算法简单，不需要对象移动

缺点：一是效率问题，标记对象太多，效率不高；二空间问题，会产生很多不连续的空间碎片

标记-清除算法

2.标记-整理算法 （Mark-Compact）

根据老年代特点，推出的一中算法，标记和标记-清除差不多，但是会把存活对象向一端移动

优点：解决了标记-清除空间问题

缺点：对象移动，一定程度上降低了效率

标记-整理算法

3.标记-复制算法

为解决效率问题，产生的算法，一般用于年轻代，但是也有GC老年代使用该算法；

优点：高效、算法简单，不用考虑空间碎片问题

缺点：可用空间会缩小到原来的一半

标记-复制算法

三、垃圾收集器

1.Serial收集器(-XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC)

串行收集器，单线程，最古老的垃圾收集器，当服务器是单核时，该收集器效率最高；

新生代使用标记-复制算法，老年代使用标记-整理算法；

另外一种是作为CMS垃圾收集器的备用方案

Serial收集器

2.Parallel Scavenge收集器(-XX:+UseParallelGC(年轻代),-XX:+UseParallelOldGC(老年代))

Serial收集器的多线程版本，但单CPU情况下，Serial收集器效率高于该垃圾收集器

新生代使用标记-复制算法，老年代使用标记-整理算法；

Parallel Scavenge收集器

3.ParNew收集器(-XX:+UseParNewGC)

该算法基本与Parallel Scavenge收集器相似，主要区别是Parallel Scavenge收集器不能与CMS垃圾收集器配合使用，该算法作用于新生代，采用标记-复制算法；图和上面一样

4.CMS收集器(-XX:+UseConcMarkSweepGC(old))

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集算法是一种以获取最短停顿时间（STW）为目标的收集器；主要是注重用户体验，该垃圾收集器是第一款实现与用户线程同时工作的并发收集器；

CMS收集器

初始标记：该步骤会产生STW，但时间比较短，该次标记只标记GC ROOTS

并发标记：该步骤是和用户线程同时进行的，该步骤持续时间比较长（一般达到该次GC所占80%的时间），会去扫描整个堆，从GC ROOTS开始，标记所有对象；

重新标记：该步骤也会产生STW，主要是对并发标记时，用户线程继续运行导致标记产生改变的对象，进行重新标记；这个时间一般比初始标记要长，远远小于并发标记；主要用到三色标记 增量更新

并发清理：开启用户线程，GC线程对未标记的对象做清理，当该步骤有新增对象，则被标记为黑色（三色标记）

并发重置：重置本次GC对象的标记

缺点：

1.对CPU资源敏感，会和用户线程抢占资源

2.该过程中会有被重复标记的垃圾（浮动垃圾，即当并发标记时，已经变成垃圾的对象，只能等到下次GC时进行回收）

3.采用标记清除算法，会产生空间碎片；使用 UseCMSCompactAtFullCollection（FullGC后做压缩整理）和XX:CMSFullGCsBeforeCompaction（多少次fullGC后整理一次，默认是3次）

4.执行的不确定性，在并发标记时，用户线程一直运行，如果该过程空间不够，会导致再次触发FullGC；也就是"concurrent mode failure"；此时会进入STW，会使用 SerialOld 垃圾收集器进行回收；

4.1 三色标记

三色标记

从GC Roots（黑色）开始扫描，当扫描到某个对象时，会把该对象标记为灰色，当该对象所有引用对象全部被扫描，则该对象会被标记为黑色，被引用的对象会被标记为灰色；直到扫描完整个堆；

4.2写屏障

当出现上图4和5的情况，则需要特殊处理，CMS采用的是增量更新（Increamental Update），G1采用的是原始快照（Snap shot At The Begining, SATB）；

增量更新：当黑色对象新增引用时，将这个新插入的引用记录下来，等并发标记过程之后，重新标记时，再去深度扫描记录下的对象；可以简单理解为，当白色对象被黑色对象引用时，黑色对象会被标记为灰色对象；

原始快照：当灰色对象删除对白色对象的引用时，记录下来这个引用关系，当并发标记结束之后，再把灰色对象当做根，做深度扫描；目的就是让这个对象在这次GC中能存活下来，但是会多出一些浮动垃圾，会在下次GC时被清理掉；

4.3这两次STW的理解

个人理解：第一次STW标记GC Roots，这个是最容易理解的，肯定是需要STW的；并发标记时，就从第一步标记的GC Roots开始，向下扫描整个堆，所以并发标记时间最长；重新标记，这步需要再次扫描新被引用的对象，所以需要STW，不然会不断有新对象产生，这一步就会执行不完；再就是并发清理是不需要STW的，如果需要整理的话，是需要STW的，并发重置也不需要STW。

4.4记忆集与卡表

在新生代做GC ROOTS扫描时，遇到跨代引用，如果去扫描整个老年代，则效率会很低；

为此，在新生代可以引入记录集（Remember Set）数据结构；避免整个老年代做扫描；hotspot使用一种叫做“卡表”(Cardtable)的方式实现记忆集，也是目前最常用的一种方式。类似于java中的HashMap；在每块新生代中维护一个卡表，老年代会分为很多个卡页，每个卡页512个字节；卡表记录着引用关系，指到老年代的卡页；

一个卡页中可包含多个对象，只要有一个对象的字段存在跨代指针，其对应的卡表的元素标识就变成1，表示该元素变脏，否则为0.GC时，只要筛选本收集区的卡表中变脏的元素加入GCRoots里。

使用写屏障维护卡表；

5.G1收集器(-XX:+UseG1GC)

G1垃圾收集器，主要是针对多CPU大内存机器；JDK9开始默认使用，既能满足停顿时间要求的同时，也满足高吞吐量的特征；

G1收集器

G1将堆划分为多个Region，默认2048个（-XX:G1HeapRegionSize 可以设置每个region的大小），最多2048个，其实也可以设置最大个数；该垃圾收集器，也保留了分代的概念，对象年龄判断也和之前的垃圾收集器相同；只是现在的分代不是物理划分，是逻辑划分；并且每个Region在GC后都有可能变更类型；-XX:G1NewSizePercent 参数可以设置新生代的初始占比，默认5%，最大不超过60%；

与之前不同的是，该垃圾收集器，多了Humongous区域，专门储存大对象；当对象大小超过Region大小的50%算作为大对象，如果对象太大会横跨多个Humongous区域，不会放入老年代；Full GC的时候除了收集年轻代和老年代之外，也会将Humongous区一并回收。

G1   运行过程

初始标记：和CMS一样，暂停所有其他线程，并记录GC ROOTS直接引用对象，速度很快；

并发标记：和CMS一样，扫描整个堆

最终标记：和CMS重新标记一样，不同的是，并发标记使用的是颜色指针，最终标记也是

筛选回收：该过程会STW，会根据用户设置的停顿时间，来判断回收Region的优先级，指定回收计划；优先回收价值最大的，回收算法主要是复制算法，所以不会有空间碎片；不能并发回收，到了ZGC可以并发回收；-XX:G1MixedGCCountTarget 参数可以设置回收多少次，为了用户体验，回收是可以中断的，执行一会筛选回收，再执行用户线程；该参数默认是8；

G1收集器，会维护一个优先级列表，优先选择回收价值大的Region，这也是名字G1(Garbage-First)的由来，比如，Region a 花100ms能回收20M，Region b 花50 ms能回收 40M，会优先回收Region b；

被视为JDK1.7以上版本Java虚拟机的一个重要进化特征。它具备以下特点：

并行与并发：G1能充分利用CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个CPU（CPU或者CPU核心）来缩短Stop-The-World停顿时间。部分其他收集器原本需要停顿Java线程来执行GC动作，G1收集器仍然可以通过并发的方式让java程序继续执行。

分代收集：虽然G1可以不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆，但是还是保留了分代的概念。

空间整合：与CMS的“标记--清理”算法不同，G1从整体来看是基于“标记整理”算法实现的收集器；从局部上来看是基于“复制”算法实现的。

可预测的停顿：这是G1相对于CMS的另一个大优势，降低停顿时间是G1 和 CMS 共同的关注点，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M毫秒的时间片段(通过参数"-XX:MaxGCPauseMillis"指定，默认200ms)内完成垃圾收集。

G1 GC分类：

YoungGC：当年轻代Region被放满时，会优先判断与设置的"-XX:MaxGCPauseMillis"是否接近，如果远远小于，则先增加年轻代Region来存放对象；如果时间接近，则触发YoungGc；

MixedGC：当老年代占有率达到（-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent）参数设置值时，回收所有的新生代和部分老年代以及大对象区域；主要使用复制算法；如果没有足够的Region来提供MixedGC的拷贝，则触发FullGC；

FullGC：停止系统程序，使用单线程GC来做标记，清除，整理；非常耗时。