需要提前了解的知識：
HotSpot虛擬機所有的垃圾收集器如下圖：
上面有7種收集器，分為部分，上面為新生代收集器，下面是老年代收集器。如果兩個收集器之間存在連線，就說明它們可以搭配使用。
新生代的收集器使用復制算法，
老年代使用并發(fā)標記清除（CMS）或標記-整理算法。
Stop The World
Java中Stop-The-World機制簡稱STW，是在執(zhí)行垃圾收集算法時，Java應(yīng)用程序的其他所有線程都被掛起（除了垃圾收集幫助器之外）。Java中一種全局暫?，F(xiàn)象，全局停頓，所有Java代碼停止，native代碼可以執(zhí)行，但不能與JVM交互。
垃圾收集器
| 序號 | 收集器 | 收集范圍 | 算法 | 執(zhí)行類型 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Serial | 新生代 | 復制 | 單線程 |
| 2 | ParNew | 新生代 | 復制 | 多線程并行 |
| 3 | Parallel | 新生代 | 復制 | 多線程并行 |
| 4 | Serial Old | 老年代 | 標記整理 | 單線程 |
| 5 | CMS | 老年代 | 標記清除 | 多線程并發(fā) |
| 6 | Parallel Old | 老年代 | 標記整理 | 多線程 |
| 7 | G1 | 全部 | 復制算法，標記-整理 | 多線程 |
解釋：
并行(Parallel)：多條垃圾收集線程并行工作，而用戶線程仍處于等待狀態(tài)
并發(fā)(Concurrent)：垃圾收集線程與用戶線程一段時間內(nèi)同時工作(交替執(zhí)行)
1、Serial(串行GC)收集器
Serial收集器是一個新生代收集器，單線程執(zhí)行，使用復制算法。它在進行垃圾收集時，必 須暫停其他所有的工作線程(用戶線程)。是Jvm client模式下默認的新生代收集器。對于限定單個CPU的環(huán)境來說，Serial收集器由于沒有線程交互的開銷，專心做垃圾收集自然可以獲得最高的單 線程收集效率。
2、ParNew(并行GC)收集器
ParNew收集器其實就是serial收集器的多線程版本，除了使用多條線程進行垃圾收集之外，其余行為與Serial收集器一樣。
3、Parallel Scavenge(并行回收GC)收集器
Parallel Scavenge收集器也是一個新生代收集器，它也是使用復制算法的收集器，又是并行多線程收集器。parallel Scavenge收集器的目標則是達到一個可控制的吞吐量。吞吐量= 程序運行時間/(程序運行時間 + 垃圾收集時間)，虛擬機總共運行了100分鐘。其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%。
使用如下2個參數(shù)進行控制吞吐量
- -XX:MaxGCPauseMillis
MaxGCPauseMillis參數(shù)允許的值是一個大于0的毫秒數(shù)，收集器將盡力保證內(nèi)存回收花費的時間不超過設(shè)定值。 - -XX:GCTimeRatio
GCTimeRatio參數(shù)的值應(yīng)當是一個大于0小于100的整數(shù)，也就是垃圾收集時間占總時間的比率，相當于是吞吐量的倒數(shù)。如果把此參數(shù)設(shè)置為19，那允許的最大GC時間就占總時間的5%（即1 /（1+19）），默認值為99，就是允許最大1%（即1 /（1+99））的垃圾收集時間。
示意圖和ParNew類似（參見圖2）。
4、Serial Old(串行GC)收集器
Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同樣使用一個單線程執(zhí)行收集，使用“標記-整理”算法。主要使用在Client模式下的虛擬機。如果在Server模式下，它主要還有兩大用途：一個是在JDK 1.5及之前的版本中與Parallel Scavenge收集器搭配使用，另外一個就是作為CMS收集器的后備預案。如果CMS收集器出現(xiàn)Concurrent Mode Failure，則Serial Old收集器將作為后備收集器。
詳見圖1 老年的收集
5、Parallel Old(并行GC)收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標記-整理”算法。
6、CMS(并發(fā)GC)收集器
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一種以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器。CMS收集器是基于“標記-清除”算法實現(xiàn)的，整個收集過程大致分為4個步驟：
- 初始標記(CMS initial mark)
- 并發(fā)標記(CMS concurrenr mark)
- 重新標記(CMS remark)
- 并發(fā)清除(CMS concurrent sweep)
其中初始標記、重新標記這兩個步驟任然需要停頓其他用戶線程。初始標記僅僅只是標記出GC ROOTS能直接關(guān)聯(lián)到的對象，速度很快，并發(fā)標記階段是進行GC ROOTS 根搜索算法階段，會判定對象是否存活。而重新標記階段則是為了修正并發(fā)標記期間，因用戶程序繼續(xù)運行而導致標記產(chǎn)生變動的那一部分對象的標記記錄，這個階段的停頓時間會被初始標記階段稍長，但比并發(fā)標記階段要短。
由于整個過程中耗時最長的并發(fā)標記和并發(fā)清除過程中，收集器線程都可以與用戶線程一起工作，所以整體來說，CMS收集器的內(nèi)存回收過程是與用戶線程一起并發(fā)執(zhí)行的。
CMS收集器的優(yōu)點：并發(fā)收集、低停頓，但是CMS還遠遠達不到完美，器主要有三個顯著缺點：
CMS收集器對CPU資源非常敏感。
在并發(fā)階段，雖然不會導致用戶線程停頓，但是會占用CPU資源而導致引用程序變慢，總吞吐量下降。CMS默認啟動的回收線程數(shù)是：(CPU數(shù)量+3)/4。（建議CPU個數(shù)最少4個）。無法處理浮動垃圾
在做垃圾回收的過程中會產(chǎn)生新的垃圾（并行執(zhí)行），所以需要預留一部分空間給用戶線程使用。
可以使用-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction（jdk1.6 默認為92%）參數(shù)來設(shè)置，預留多少空間開始做GC。如果在垃圾回收的過程中，剩余空間不足仍然滿足不了用戶線程生成對象所需要的空間，就會出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗，這時候虛擬機將啟動后備預案：臨時啟用Serial Old收集器來重新進行老年代的垃圾收集，這樣停頓時間就很長了。-
CMS是基于“標記-清除”算法實現(xiàn)的收集器，使用“標記-清除”算法收集后，會產(chǎn)生大量碎片。
空間碎片太多時，將會給對象分配帶來很多麻煩，比如說大對象，內(nèi)存空間找不到連續(xù)的空間來分配不得不提前觸發(fā)一次Full GC。為了解決這個問題，CMS收集器提供了一個-XX:UseCMSCompactAtFullCollection開關(guān)參數(shù)，用于在Full GC之后增加一個碎片整理過程，還可通過-XX:CMSFullGCBeforeCompaction參數(shù)設(shè)置執(zhí)行多少次不壓縮的Full GC之后，跟著來一次碎片整理過程。
圖4
7、G1收集器
G1（Garbage First）垃圾回收器是用在heap memory很大的情況下，把heap劃分為很多很多的region塊，然后并行的對其進行垃圾回收。
G1垃圾回收器在清除實例所占用的內(nèi)存空間后，還會做內(nèi)存壓縮。
G1垃圾回收器回收region的時候基本不會STW，而是基于 most garbage優(yōu)先回收 的策略來對region進行垃圾回收的。
結(jié)果如下圖：
一個region有可能屬于Eden，Survivor或者Tenured內(nèi)存區(qū)域。圖中的E表示該region屬于Eden內(nèi)存區(qū)域，S表示屬于Survivor內(nèi)存區(qū)域，T表示屬于Tenured內(nèi)存區(qū)域。圖中空白的表示未使用的內(nèi)存空間。G1垃圾收集器還增加了一種新的內(nèi)存區(qū)域，叫做Humongous內(nèi)存區(qū)域，如圖中的H塊。這種內(nèi)存區(qū)域主要用于存儲大對象-即大小超過一個region大小的50%的對象。
年輕代垃圾收集
在G1垃圾收集器中，年輕代的垃圾回收過程使用復制算法。把Eden區(qū)和Survivor區(qū)的對象復制到新的Survivor區(qū)域。
如下圖：
老年代垃收集
對于年老代上的垃圾收集，G1垃圾收集器也分為4個階段，基本跟CMS垃圾收集器一樣，但略有不同：
Initial Mark階段 - 同CMS垃圾收集器的Initial Mark階段一樣，G1也需要暫停應(yīng)用程序的執(zhí)行，它會標記從根對象出發(fā)，在根對象的第一層孩子節(jié)點中標記所有可達的對象。但是G1的垃圾收集器的Initial Mark階段是跟minor gc一同發(fā)生的。也就是說，在G1中，你不用像在CMS那樣，單獨暫停應(yīng)用程序的執(zhí)行來運行Initial Mark階段，而是在G1觸發(fā)minor gc的時候一并將年老代上的Initial Mark給做了。
Concurrent Mark階段 - 在這個階段G1做的事情跟CMS一樣。但G1同時還多做了一件事情，就是如果在Concurrent Mark階段中，發(fā)現(xiàn)哪些Tenured region中對象的存活率很小或者基本沒有對象存活，那么G1就會在這個階段將其回收掉，而不用等到后面的clean up階段。這也是Garbage First名字的由來。同時,在該階段，G1會計算每個 region的對象存活率，方便后面的clean up階段使用 。
Remark階段 - 在這個階段G1做的事情跟CMS一樣, 但是采用的算法不同，G1采用一種叫做SATB(snapshot-at-the-begining)的算法能夠在Remark階段更快的標記可達對象。
Clean up/Copy階段 - 在G1中，沒有CMS中對應(yīng)的Sweep階段。相反 它有一個Clean up/Copy階段，在這個階段中,G1會挑選出那些對象存活率低的region進行回收，這個階段也是和minor gc一同發(fā)生的,如下圖所示：
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