序：

了解GC垃圾收集器对于开发人员，可以更准确、直观地理解Java语言中更深层次的东西。

准备：

垃圾收集算法：

• 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 。它是最基础的收集算法，比较简单，但是会带来 两个明显的问题:
  • 1. 效率问题 (如果需要标记的对象太多，效率不高)
  • 1. 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。

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。 虽然我们对各个收集器进行比较，但并非为了挑选出一个最好的收集器。因为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。试想一下:如果有一 种四海之内、任何场景下都适用的完美收集器存在，那么我们的Java虚拟机就不会实现那么多不同的垃圾收集器了。
• 1.1 Serial收集器(-XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC)
  • Serial(串行)收集器是最基本、历史最悠久的垃圾收集器了。大家看名字就知道这个收集器是一个单线程收集器了。它 的 “单线程” 的意义不仅仅意味着它只会使用一条垃圾收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是它在进行垃圾收集工 作的时候必须暂停其他所有的工作线程( “Stop The World” )，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。
  • 虚拟机的设计者们当然知道Stop The World带来的不良用户体验，所以在后续的垃圾收集器设计中停顿时间在不断缩短 (仍然还有停顿，寻找最优秀的垃圾收集器的过程仍然在继续)。 但是Serial收集器有没有优于其他垃圾收集器的地方呢?当然有，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，自然可以获得很高的单线程收集效率。 Serial Old收集器是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器。它主要有两大用途:一种用途是在JDK1.5 以及以前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用，另一种用途是作为CMS收集器的后备方案。
• 1.2 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，除了使用多线程进行垃圾收集外，其余行为(控制参数、收集算 法、回收策略等等)和Serial收集器类似。默认的收集线程数跟cpu核数相同，当然也可以用参数(- XX:ParallelGCThreads)指定收集线程数，但是一般不推荐修改。 Parallel Scavenge收集器关注点是吞吐量(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。 ParallelScavenge收集器提供了很多参数供用户找到最合适的停顿时间或最大吞吐量，如果对于收集器运作不太了解的话，可以 选择把内存管理优化交给虚拟机去完成也是一个不错的选择。
  • Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本。使用多线程和“标记-整理”算法。在注重吞吐量以及 CPU资源的场合，都可以优先考虑 Parallel Scavenge收集器和Parallel Old收集器(JDK8默认的新生代和老年代收集 器)。
• 1.3 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。 新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。它是许多运行在Server模式下的虚拟机的首要选择，除了Serial收集器外，只有它能与CMS收集器(真正意义上的并发收 集器，后面会介绍到)配合工作。
• 1.4 CMS收集器(-XX:+UseConcMarkSweepGC(old)) CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。它非常符合在注重用户体 验的应用上使用，它是HotSpot虚拟机第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程 (基本上)同时工作。
  • 从名字中的Mark Sweep这两个词可以看出，CMS收集器是一种 “标记-清除”算法实现的，它的运作过程相比于前面 几种垃圾收集器来说更加复杂一些。整个过程分为四个步骤: 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，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。

垃圾底层算法实现：

记忆集和卡表：

总结：

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