垃圾回收算法
垃圾回收算法分类
分代收集理论
现在市面上常见的垃圾回收器都采用了分代收集理论。
所谓分代收集就是根据对象的存活周期将内存分为新生代和老年代。详细可查看JAVA内存模型
在新生代对象“朝生夕死”，每次收集都有大量对象（99%）死去，所以可以选择标记-复制算法，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。
而老年代对象生存几率比较高，存活对象比较多，如果选择复制算法需要付出较高的IO成本，而且没用额外的空间可以用于复制，此时选择标记-清除或者标记-整理就比较合理。
标记-复制算法
标记-复制算法将内存分为两块相同大小的区域（比如新生代的Survivor区），每次在其中一块区域分配元素，当这块区域内存占满时，就会将存活下来的元素复制到另一块内存区域并清空当前内存区域。
- 缺点：浪费一半的内存空间。
- 优点：简单高效。
JVM在Eden区保存新对象，在GC时，将Eden和Survivor中存活对象复制到Survivor的另一个分区。这是JVM对复制算法的一个优化。只浪费了1/10的内存空间【JVM的Eden区和Survivor区的比例为 8:2】
标记-清除算法
算法包括标记和清除两个阶段，标记存活的对象，统一回收未标记的对象（一般情况是这种），也可以反过来，标记所有需要回收的对象并回收（标记成本相对较大）。
- 优点：最基础的收集算法，比较简单
- 缺点：效率不高（如果需要标记的对象比较多），空间问题（标记清除后会产生大量不连续的内存空间）
空间问题可能出现的问题：在发生GC之后，内存回收了大量死亡对象，出现大量空余内存，此时系统生成一个较大的对象，可能由于没有足够大的连续的内存空间，导致对象生成失败。【空间足够多，但是没有足够大的连续空间】
标记-整理算法
解决了标记清除中的空间问题。
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回收，而是让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
垃圾收集器
目前市面上主流的垃圾收集器有：Serial收集器、Parallel Scavenge收集器【JDK8 默认收集器】、ParNew收集器、CMS收集器、G1收集器。
Serial 收集器 | -XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC
单线程垃圾收集器，最古老的的垃圾收集器，在Serial收集器执行期间会 "STOP THE WORLD"
STOP THE WORLD：只运行GC线程，暂停其他线程。
新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。
它简单而高效（与其他收集器的单线程相比）。Serial收集器由于没有线程交互的开销，可以获得很高的单线程收集效率。
Parallel Scavenge 收集器 | -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC
相当与Serial收集器的多线程版本，默认开启的GC线程数，和CPU核数一致（-XX:ParallelGCThreads 可以修改GC线程数，但不推荐修改）
Parallel Scavenge收集器的注点是吞吐量（高效率的利用CPU）。CMS等垃圾收集器的关注点更多的是用户线程的停顿时间（提高用户体验）。所谓吞吐量就是CPU中用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值。
ParNew 收集器 | -XX:+UseParNewGC
ParNew 和 Parallel Scavenge收集器极其相识，可以理解为ParNew是为配合CMS收集器开发的新一代 Parallel Scaenge收集器。
CMS 收集器 | -XX:+UseConcMarkSweepGC
CMS收集器是一种老年代区域的垃圾收集器，往往配合ParNew 收集器来使用。
它适合在注重用户体验的应用上使用，实现了GC线程和用户线程并发进行（部分步骤）。
采用了标记-清除算法。回收过程大致分为5个步骤：
- 初始标记：暂停其他线程（STW），标记GC roots 直接引用的对象。过程很快
- 并发标记：从GC roots 直接引用的对象出发向下查找所有引用的对象。这个过程最耗时，和用户线程并发执行。【这个过程可能出现的问题：用户线程执行中可能产生新的垃圾（浮动垃圾），无法被标记。】
- 重新标记：为修正 并发标记 中产生变动的对象标识，主要用三色标记中的增量更新算法来进行标记。这个过程会暂停其他进程（STW）。
- 并发清除：将标记为可回收的对象进行回收，和用户线程并发执行。【*这个过程也会产生新垃圾对象（浮动垃圾），这些对象将在下次GC时回收】
- 并发重置：将标记为不可回收的对象的标志清除。
G1 收集器 | -XX:+UseG1GC 官网
堆结构
G1 收集器采用了和此前完全不同的堆内存分配方式，他将堆内存分为2048个相同大小的region(单个大小为1MB~32MB)。
堆内存的分配
这些regions在逻辑上被动态的分为Eden、Survivor（新生代）、old generation（老年代）。这些区域不一定是连续的。
除了这三种之外，G1还新增一种新的类型：Humongous regions。如果对象超过所在regions的50%，就会被移入这个类型的region。这种大对象应尽量避免创建
期望GC-STW时间
G1 新增一个配置（-XX:MaxGCPauseMillis=200），来设置我们期望每次GC-STW的时间。这是一个相对值，不会严格按照这个时间执行，jvm 会评估GC总的时间，如果不能满足这个期望时间，JVM 会通过一定的算法，只回收部分性价比高的内存空间，来达到这个目标。
Young GC
新生代内存初始化默认分配堆内存的5%，当新生代内存被占满时，JVM会评估回收新生代所需要的时间，如果比期望GC-STW时间短，不会马上触发Young GC，而是对新生代进行扩容。否则触发Young GC。
young GC 通过复制算法将存活的对象复制到Survivor region。并清空原来的region。
- 这个过程会 "stop the world"，并且重新计算并保存新生代的大小，以便下一次GC快速进行。
- young GC 是多线程的.
Mixed GC
整个堆占用率达到(-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45)时,触发Mixed GC
Mixed GC 过程
- 初始标记：暂停其他线程（STW），标记GC roots 直接引用的对象。过程很快
- 并发标记：从GC roots 直接引用的对象出发向下查找所有引用的对象。这个过程最耗时，和用户线程并发执行。【官网说这里会标记空白的region ---- 暂时无法理解,期待了解的大佬赐教~~~】
- 重新标记：为修正 并发标记 中产生变动的对象标识，这个过程会暂停其他进程（STW）。【然后在这一步空白的region被回收】
- 并发清除：这个阶段G1会对老年代各个region区域进行比较,其中"活性"低的region会被优先回收(活性:存活对象最少的,复制成本低,回收更快)。老年代和新生代一起回收.
- 复制幸存者对象：将之前回收区域幸存的对象复制到一个未使用的region区,并压缩.
G1的官方推荐
- 不要设置年轻代大小
- 设置年轻一代的大小会禁用期望GC-STW时间的目标。
- G1不再能够根据需要扩展和缩小年轻一代的空间。由于尺寸是固定的，因此无法更改尺寸。
- 期望GC-STW时间
- 最好不要设置平均GC时间,而是使用 90% 的GC时间.
- Mixed GC 中 Evacuation Failure
- 当没有更多的空闲region被提升到老一代或者复制到幸存空间时，并且由于堆已经达到最大值，堆不能扩展，从而发生Evacuation Failure。此时会触发full GC ，类似与 Serial 收集器的单线程垃圾回收,非常耗时
- 增加(-XX:G1ReservePercent=10)的大小
- 降低(-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45)的大小
- 增加(-XX:ConcGCThreads=n)并发标记线程数
