平常接触GC不多，正好本超同学在公司内做了关于这方面主题的内部分享，受益匪浅，也希望记录下来供日后学习。JVM作为Java语言的执行引擎，支撑了绝大多数的大数据组件服务。对JVM参数，尤其是GC参数的优化，对大数据组件本身的性能和服务质量都至关重要。本文将主要从GC算法、JVM中的垃圾回收器、G1内部实现原理以及JVM参数的优化等各个方面进行介绍。
垃圾判断方法
(1) 引用计数
给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用他时，计数器值就+1,；当引用失效时，计数器值就-1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能在被使用。
优点：实现简单；判定效率高。缺点：有循环引用问题；计数会有内存开销；多线程修改需要加锁。
(2) 可达性分析
通过一系列的GC Roots对象（如栈/静态变量/常量/native stack）作为起始点，从这些根节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。常用三色标记法，如下图：

几种垃圾回收算法
(1) 标记-清除
标记-清除（Mark-Sweep）算法是最基础的算法，就如它的名字一样，算法分为”标记”和”清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而得到的。它主要有两个缺点：一个是效率问题，标记和清楚过程的效率都不高；另外一个是空间问题，标记清楚后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致，当程序在以后的运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够连续的内存空间而不得不提前出发另一次垃圾收集动作。
(2) 复制
为了解决效率问题，一种称为复制（Copying）的收集算法就出现了，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只是用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，没存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半。
(3) 标记-整理
复制算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。根据老年代的特点，有人提出了”标记-整理”算法，标记过程仍然与标记-清除算法一样，但是后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界意外的内存。
(4) 分代回收
当前商业虚拟机的垃圾收集都采用分代收集（Generational Collection）算法，这种算法并没有什么新的思想，只是根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分成新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那么就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用标记-清理或标记-整理算法来进行回收。
JVM的垃圾回收器

(1) Serial
Serial收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器，是单线程的收集器。它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集完成。Serial收集器依然是虚拟机运行在Client模式下默认新生代收集器，对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。
(2) ParNew
ParNew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之外，其余行为包括Serial收集器可用的所有控制参数、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial 收集器完全一样。ParNew收集器是许多运行在Server模式下的虚拟机中首选新生代收集器，其中有一个与性能无关但很重要的原因是，除Serial收集器之外，目前只有ParNew它能与CMS收集器配合工作。
(3) Parallel Scavenge
Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器，它也是使用复制算法的收集器，又是并行的多线程收集器。该收集器的目标是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。所谓吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即 吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间）。停顿时间越短就越适合需要与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验，而高吞吐量则可用高效率地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。
(4) Serial Old
Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用标记整理算法。这个收集器的主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。如果在Server模式下，主要两大用途：一是在JDK1.5以及之前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用，二是作为CMS收集器的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用。
(5) Parallel Old
 Parallel Old 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法。这个收集器在1.6中才开始提供。
(6) CMS
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。目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务器的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验，CMS收集器就非常符合这类应用的需求。CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的。它的运作过程相对前面几种收集器来说更复杂一些，整个过程分为4个步骤：1初始标记；2并发标记；3重新标记；4并发清除。其中，初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”。
CMS收集器主要优点：并发收集，低停顿。 CMS三个明显的缺点：1)CMS收集器对CPU资源非常敏感。CPU个数少于4个时，CMS对于用户程序的影响就可能变得很大，为了应付这种情况，虚拟机提供了一种称为“增量式并发收集器”的CMS收集器变种。所做的事情和单CPU年代PC机操作系统使用抢占式来模拟多任务机制的思想;2)CMS收集器无法处理浮动垃圾，可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次Full GC的产生。在JDK1.5的默认设置下，CMS收集器当老年代使用了68%的空间后就会被激活，这是一个偏保守的设置，如果在应用中老年代增长不是太快，可以适当调高参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的值来提高触发百分比，以便降低内存回收次数从而获取更好的性能，在JDK1.6中，CMS收集器的启动阀值已经提升至92%;3)CMS是基于“标记-清除”算法实现的收集器，手机结束时会有大量空间碎片产生。空间碎片过多，可能会出现老年代还有很大空间剩余，但是无法找到足够大的连续空间来分配当前对象，不得不提前出发FullGC。为了解决这个问题，CMS收集器提供了一个-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection开关参数（默认就是开启的），用于在CMS收集器顶不住要进行FullGC时开启内存碎片合并整理过程，内存整理的过程是无法并发的，空间碎片问题没有了，但停顿时间变长了。虚拟机设计者还提供了另外一个参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction,这个参数是用于设置执行多少次不压缩的Full GC后，跟着来一次带压缩的（默认值为0，标识每次进入Full GC时都进行碎片整理）。
(7) G1
G1收集器的优势：1并行与并发；2分代收集；3空间整理（标记整理算法，复制算法）；4可预测的停顿（G1除处理追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒。） 使用G1收集器时，Java堆的内存布局是整个规划为多个大小相等的独立区域（Region）,虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region的集合。G1收集器之所以能建立可预测的停顿时间模型，是因为它可以有计划地避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获取的空间大小以及回收所需要的时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region（这也就是Garbage-First名称的由来）。这种使用Region划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了G1收集器在有限的时间内可以获取尽量可能高的灰机效率。
G1内存“化整为零”的思路：在GC根节点的枚举范围中加入Remembered Set即可保证不对全堆扫描也不会遗漏。如果不计算维护Remembered Set的操作，G1收集器的运作大致可划分为一下步骤：1初始标记；2并发标记；3最终标记；4筛选回收 。