首先先敬上一张堆内存结构图（JDK1.7）：
GC的三大算法：
1.复制算法 copying
2.标记清除算法 Mark-Sweep
3.标记整理算法 Mark-Compact
HotSpot JVM采用的是分代收集算法
一、复制算法：
在Young区的Eden区进行的垃圾回收是minor GC ，采用的算法是复制算法：copying。
1.Eden区、Form区、To区；
2.三个区的比例是8:1:1
3.Form区和To区是不固定的，他俩会交换。规矩是，谁空谁是Form区。
复制过程：
当对象在Eden区出生后，再经历过一次Minor GC后，如果对象还存活，并且能够被survivor区域的To区所容纳（即To区有足够的内存空间来存储Eden区和From区中存活的对象），则使用复制算法将这些存活的对象复制到to区中，然后清理所使用过的Eden区和From区，并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在servivor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（默认是15岁，可以通过-XX:MaxTenuringThreshould参数增加次数），这些对象就好成为老年代。
原理：
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）。三个区的默认比例是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上都是朝生夕死的（80%以上），所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法。
在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区，Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满之后，会将所有对象移动到 Old 区中。
因为Eden区对象一般存活率较低，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区间，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%的活动区间与另外80%中存活的对象转移到10%的空闲区间，接下来，将之前90%的内存全部释放，以此类推。
优缺点：
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，会浪费一半的内存而且复制效率低花费时间长。但是，复制算法不会产生内存碎片，数据也不会丢失。
二、在 Old 区进行垃圾回收的是Full GC:这种GC采用的是，标记清除算法 或者 标记清除算法和标记整理算法共同
1、标记清除算法 Mark-Sweep
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，第一项是标记，第二项是清除。
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。
用通俗的话解释一下标记/清除算法，就是当程序运行期间，若可用的内存被耗尽的时候，GC线程就会被触发并将程序暂停，将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。
动图演示：
file:///C:/Users/Benson%20Liu/AppData/Local/Mindjet/MindManager/16/Temp/tmp/mark_sweep.gif
缺点：
此算法需要暂停整个应用，会产生内存碎片。
1、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、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。这点不难理解，死亡的对象都是随即出现在内存的各个角落，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。
2、标记整理算法 Mark-Compact
在整理阶段，不再对标记的对像做回收，而是通过所有存活对像都向一段移动，然后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。
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。
动图演示：
file:///C:/Users/Benson%20Liu/AppData/Local/Mindjet/MindManager/16/Temp/tmp/mark_compact.gif
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。
总结：
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。
难道就没有一种最优算法吗？
回答：无，没有最好的算法，只有最合适的算法。
年轻代(Young Gen)
年轻代特点是区域相对老年代较小，对像存活率低。
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像大小有关，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，对像存活率高。
这种情况，存在大量存活率高的对像，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像的数量成正比，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正相关，但Sweep“就地处决”的特点，回收的过程没有对像的移动。使其相对其它有对像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像的数据成开比，如上一条所描述，对于大量对像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，对于对像的回收效率很高，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。
