什么是垃圾？

垃圾是指在运行程序中没有任何指针指向的对象，这个对象就是需要回收的垃圾
如果不及时对内存中的垃圾进行清理，那么，这些垃圾对象所占的内存空间会一直保留到应用程序结束，被保留的空间无法被其他对象使用。甚至可能导致内寸溢出。

标记阶段算法

在堆里放着几乎所有饿Java对象实例，在GC执行垃圾回收之前，首先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有标记为已经死亡的对象，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间。因为这个过程我们可以称为垃圾标记阶段。
当一个对象已经不再被任何存活对象继续引用时，就可以宣判为已经死亡。
判断对象存活一般有两种方式：引用计数算法和可达性分析算法

1.引用计数算法

引用计数法比较简单，对每个对象保存一个整形的引用计数器属性，用于记录对象被引用情况。
对于一个对象A，只要有任何一个对象使用了A，则A的引用计数器就加1，当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。
优点：实现简单，垃圾对象便于辨识；判定效率高，回收没有延迟性。
缺点：它需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法减法操作，增加了时间开销。引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用情况。这是一个致命缺陷，导致Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

graph LR
p --> next1 --> next2 -->next3 -->next1

当p指向null时，next的计数器都不为0，无法被回收，导致内存泄漏。

graph LR
p --> null
next1 --> next2 -->next3 -->next1

2.可达性分析算法

GC Roots根集合就是一组必须活跃的引用

可达性分析算法是以根对象集合（GC Roots）为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达。
使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链。
如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象已经死亡，可以标记为垃圾对象。
在可达性分析算法中，只有能够被根对象集合直接或间接连接的对象才是存活对象。

GC Roots

在Java语言中，GC Roots包括以下几类元素：

虚拟机栈中引用的对象
本地方法栈内引用的对象
方法区中类静态属性引用的对象，如Java类的引用类型静态变量
方法区中常量引用的对象，如字符串常量池里的引用
所有被同步锁synchronized持有的对象
Java虚拟机内部引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象，系统类加载器
反映java虚拟机内部情况的JMXBean，JVMTI中注册的回调，本地代码缓存等。

STW

如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可以回收，那么分析工作必须在一个保障一致性的快照中执行。这点不满足的话分析结果的准确性就无法保证。
这点也是导致GC进行时必须STW的一个重要原因。

对象的finalization机制

Java语言提供了对象终止（finalization）机制来允许开发人员对象被销毁之前的自定义处理逻辑。
当垃圾回收器发现没有引用指向一个对象，即：垃圾回收此对象之前，总会先调用这个对象的finalize（）方法，而且仅调用一次。
finalize（）方法允许在子类中被重写，用于在对象被回收时进行资源释放。通常在这个方法中进行一些资源释放和清理的工作，比如关闭文件，套接字和数据库连接等。
主动调用finalize（）需要注意，因为可能导致对象复活，它是由GC线程决定的，一个糟糕的finalize（）会严重影响GC的性能。
由于finalize（）方法的存在，虚拟机中的对象一般处于三种可能的状态。
状态一：可触及的，从根节点开始可以达到这个对象。
可复活的：对象的所有引用都被释放，但是对象有可能在finalize（）中复活。
不可触及的：对象的finalize（）被调用，并且没有复活，那么就会进入不可触及状态。不可触及的对象不可能被复活，因为finalize（）只会被调用一次，只有不可触及的对象才能被回收。

具体过程

判定一个对象objA是否可回收，至少要经历两次标记过程。

如果对象objA到GC Roots没有引用链，则进行第一次标记。
进行筛选，判断此对象是否有必要执行finalize（）方法。

如果对象objA没有重写finalize()，或者finalize()已经被调用过了，则虚拟机视为没有必要执行，objA被判定为不可触及的。
如果对象的objA重写了finalize()方法，且还未执行过，那么objA会被插入到F-Queue队列中，右一个虚拟机创建的，低优先级的Finalizer线程触发其finalize()方法执行。
finalize()方法是对象逃逸死亡的最后机会。，稍后GC会对F-Queue队列中的对象进行第二次标记。如果objA在finalize()方法中与引用链上任何一个对象建立了联系，那么在第二次标记时，objA会被移出“即将回收”集合。之后，对象会再次出现没有引用的存在的情况，在这个情况下，finalize()方法不会再被调用，对象会直接变成不可触及对象，也就是说一个对象的finalize()方法只会被调用一次。

清除阶段算法

标记-清除（Mark-Sweep）算法

标记：Collector从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象。这个标记就是所用的算法就是可达性分析算法。
清除：Collector对堆内存从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象再其Header中没有标记为可达对象，则将其清除，这里的清除不是真正意义的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里。下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置是否够，如果够，就存放。
缺点：效率不算高，在进行GC的时候，需要停止整个应用程序，导致用户体验差。这方式清理出来的空闲内存时不连续的，产生内存碎片。需要维护一个空闲列表。

复制（copying）算法

将活着的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块，之后清除正在使用的内存块中所有对象，交换两个内存的角色，最后完成垃圾回收。
优点：没有标记和清除过程，实现简单，运行高效，复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片问题”。它的高效性是建立在存活对象少，垃圾对象多的情况下。
缺点：需要两倍的内存空间，对于G1这种拆分成大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小。

标记整理（Mark-Compact）算法

标记-压缩算法的最终效果等同于标记-清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理，因此，也可以把它称为标记-清除-压缩算法。
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，比维护空闲列表好。
优点：消除了标记-清除算法中，内存区域分散缺点，消除了标记复-制法内存减半问题。
缺点：从效率上说，标记-整理法要低于复制算法。移动对象时，如果对象被其他对象引用，则需要调整引用的地址。移动过程需STW。

分代回收算法

分代收集算法，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。

新生代：区域相对老年代较小，对象生命周期短，存活率低，回收频繁。这种情况使用标记-复制算法的回收整理，速度最快，而标记-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：区域较大，对象生命周期长，存活率高，回收不频繁。这种情况用标记-清除或者标记-清除，标记-整理混合实现。

增量收集算法

上述现有的算法，在垃圾回收过程中，应用软件处于一种Stop the world的状态。在Stop the world状态下，应用程序所有的线程都会挂起，暂停一切正常的工作，等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收时间过长，应用程序会被挂起很久，将严重影响用户体验。

基本思想：如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间的停顿，那么就可以让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次，垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成。
总的来说，增量收集算法的基础仍然是标记-清除和标记-复制法。增量收集算法通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾收集线程以分家段的方式完成标记。
缺点：使用这种方式，由于在垃圾回收过程，间断性地还执行了应用程序代码，所以能减少系统的停顿时间。但是，因为线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量的下降。

分区算法（G1）

分代算法是将按照对象的生命周期长短分成两个部分，分区算法将整个堆空间划分成连续的不同小区间。每一个小区间（region）都独立使用，独立回收，这种算法的好处是可以控制一次回收多少个小区间。

JVM-垃圾回收算法