垃圾收集算法
垃圾收集器
如果说收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。
直到现在为止还没有最好的垃圾收集器出现，更加没有万能的垃圾收集器，我们能做的就是根据具体应用场景选择适合自己的垃圾收集器。
Serial收集器(-XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC)
只会使用一条垃圾收集线程去完成垃圾收集工作，工作的时候会 STW，直到它收集结束。
新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。
Parallel Scavenge收集器(-XX:+UseParallelGC(年轻代),-XX:+UseParallelOldGC(老年代)
Parallel收集器其实就是Serial收集器的多线程版本
新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。
ParNew收集器(-XX:+UseParNewGC)
ParNew收集器其实跟Parallel收集器很类似，区别主要在于它可以和CMS收集器配合使用。
CMS收集器(-XX:+UseConcMarkSweepGC(old))
**CMS（Concurrent Mark Sweep）**的收集过程
- 初始标记： 暂停所有的其他线程(STW)，并记录下gc roots直接能引用的对象，速度很快。
- 并发标记： 并发标记阶段就是从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程， 这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程， 可以与垃圾收集线程一起并发运行。因为用户程序继续运行，可能会有导致已经标记过的对象状态发生改变。
- 重新标记： 重新标记阶段就是为了修正并发标记期间因为用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录(主要是处理漏标问题)，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段的时间稍长，远远比并发标记阶段时间短。主要用到三色标记里的****增量更新算法(见下面详解)做重新标记。
- 并发清理： 开启用户线程，同时GC线程开始对未标记的区域做清扫。这个阶段如果有新增对象会被标记为黑色不做任何处理(见下面三色标记算法详解)。
- **并发重置：**重置本次GC过程中的标记数据。
主要优点：并发收集、低停顿。但是它有下面几个明显的缺点：
- 对CPU资源敏感（会和服务抢资源）；
- 无法处理浮动垃圾(在并发标记和并发清理阶段又产生垃圾，这种浮动垃圾只能等到下一次gc再清理了)；
- 它使用的回收算法-“标记-清除”算法会导致收集结束时会有大量空间碎片产生，当然通过参数-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection可以让jvm在执行完标记清除后再做整理
- 执行过程中的不确定性，会存在上一次垃圾回收还没执行完，然后垃圾回收又被触发的情况，特别是在并发标记和并发清理阶段会出现，一边回收，系统一边运行，也许没回收完就再次触发full gc，也就是"concurrent mode failure"，此时会进入stop the world，用serial old垃圾收集器来回收
CMS的相关核心参数
- -XX:+UseConcMarkSweepGC：启用cms
- -XX:ConcGCThreads：并发的GC线程数
- -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：FullGC之后做压缩整理（减少碎片）
- -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：多少次FullGC之后压缩一次，默认是0，代表每次FullGC后都会压缩一次
- -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction: 当老年代使用达到该比例时会触发FullGC（默认是92，这是百分比）
- -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly：只使用设定的回收阈值(-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设定的值)，如果不指定，JVM仅在第一次使用设定值，后续则会自动调整
- -XX:+CMSScavengeBeforeRemark：在CMS GC前启动一次minor gc，降低CMS GC标记阶段**(也会对年轻代一起做标记，如果在minor gc就干掉了很多对垃圾对象，标记阶段就会减少一些标记时间)**时的开销，一般CMS的GC耗时 80%都在标记阶段
- -XX:+CMSParallellnitialMarkEnabled：表示在初始标记的时候多线程执行，缩短STW
- -XX:+CMSParallelRemarkEnabled：在重新标记的时候多线程执行，缩短STW;
垃圾收集底层算法实现
三色标记
三色标记算法是把Gc roots可达性分析遍历对象过程中遇到的对象， 按照“是否访问过”这个条件标记成以下三种颜色：
-
黑色： 表示对象已经被垃圾收集器访问过， 且这个对象的所有引用都已经扫描过。 黑色的对象代表已经扫描过， 它是安全存活的， 如果有其他对象引用指向了黑色对象， 无须重新扫描一遍。 黑色对象不可能直接（不经过灰色对象） 指向某个白色对象。
-
灰色： 表示对象已经被垃圾收集器访问过， 但这个对象上至少存在一个引用还没有被扫描过。
-
白色： 表示对象尚未被垃圾收集器访问过。 显然在可达性分析刚刚开始的阶段， 所有的对象都是白色的， 若在分析结束的阶段， 仍然是白色的对象， 即代表不可达。
可能存在的问题
多标-浮动垃圾
本应该回收但是没有回收到的内存，被称之为“浮动垃圾”。
浮动垃圾并不会影响垃圾回收的正确性，只是需要等到下一轮垃圾回收中才被清除。
漏标-读写屏障
漏标会导致被引用的对象被当成垃圾误删除
有两种解决方案，都是通过写屏障实现的。
- 增量更新（Incremental Update）
- 当黑色对象插入新的指向白色对象的引用关系时， 就将这个新插入的引用记录下来， 等并发扫描结束之后， 再将这些记录过的引用关系中的黑色对象为根， 重新扫描一次。
- 原始快照（Snapshot At The Beginning，SATB）
- 当灰色对象要删除指向白色对象的引用关系时， 就将这个要删除的引用记录下来， 在并发扫描结束之后， 再将这些记录过的引用关系中的灰色对象为根， 重新扫描一次，这样就能扫描到白色的对象，将白色对象直接标记为黑色
写屏障
类似于AOP的概念，在赋值操作前后，加入一些处理。
- 写屏障实现SATB
- 当对象B的成员变量的引用发生变化时，我们可以利用写屏障，将B原来成员变量的引用对象D记录下来
- 写屏障实现增量更新
- 当对象A的成员变量的引用发生变化时，我们可以利用写屏障，将A新的成员变量引用对象D记录下来
读屏障
读屏障是直接针对第一步：当读取成员变量时，一律记录下来。
现代追踪式（可达性分析）的垃圾回收器几乎都借鉴了三色标记的算法思想，尽管实现的方式不尽相同。
对于读写屏障，以Java HotSpot VM为例，其并发标记时对漏标的处理方案如下：
-
CMS：写屏障 + 增量更新
-
G1，Shenandoah：写屏障 + SATB
-
ZGC：读屏障
名词解释
分代收集理论
当前虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将java堆分为新生代和老年代，这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。
比如在新生代中，每次收集都会有大量对象(近99%)死去，所以可以选择复制算法，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。而老年代的对象存活几率是比较高的，而且没有额外的空间对它进行分配担保，所以我们必须选择“标记-清除”或“标记-整理”算法进行垃圾收集。注意，“标记-清除”或“标记-整理”算法会比复制算法慢10倍以上。
标记-复制算法
为了解决效率问题，“复制”收集算法出现了。它可以将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块。当这一块的内存使用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉。这样就使每次的内存回收都是对内存区间的一半进行回收。
标记-清除算法
算法分为“标记”和“清除”阶段：标记存活的对象， 统一回收所有未被标记的对象(一般选择这种)；也可以反过来，标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象 。
存在问题
- 效率问题 (如果需要标记的对象太多，效率不高)
- 空间问题（标记清除后会产生大量不连续的碎片）
标记-整理算法
根据老年代的特点特出的一种标记算法，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。
