垃圾收集算法

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分代收集理论

即对于年轻代和老年代，采用不同的垃圾收集算法。
年轻代用复制算法，老年代则使用标记整理算法或者标记清除算法。

复制算法的优点是快速，缺点是需要额外的空间。因为年轻代中的对象大部分都会死去，所以在复制的时候只需付出少量空间，可以快速进行垃圾清理。

标记整理和标记清除则比复制算法要慢一些，但是考虑到老年代中的对象数据量大，因此不适合采用复制算法，需要消耗额外的大量的空间。

复制算法

该算法一般只在年轻代使用，因为它一次只能使用一半的空间，年轻代的对象大部分是朝生夕舍的，所以即便浪费一些空间也没太大问题。

但是老年代不行，老年代的对象可能长时间存活，浪费空间将导致容易触发full GC.

流程

  1. 将内存分为大小相等的两块，每次使用其中一块；
  2. 进行垃圾收集时，将还存活的对象复制到另一块，并将已使用的这一块完全清空；

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优点

  1. 速度快

缺点

  1. 浪费空间，一次只能使用一半空间。

    标记清除算法

    先标记，再清除，但是并不进行整理。

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弊端：

  1. 效率问题（标记数量太多）
  2. 空间问题（产生不连续的碎片）

    标记整理算法

    先标记，让存活对象向一端移动，然后清除掉端边界以外的内存。
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    因此不会产生碎片。

垃圾收集器

垃圾收集器是对垃圾收集算法的实现。

1.1 Serial收集器

该收集器为串行收集器，历史最悠久，但是因为是单线程，所以效率低。最大的优点是简单，现在几乎不用了。

1.2 Parallel收集器

可以多线程进行收集。JDK1.8的默认收集器。当内存较小时，效率比较高，但是当内存较大时，CMS更好。

1.3 Parnew收集器

和Parallel收集器差不多，优点是可以和CMS搭配使用。

1.4 CMS收集器（重点）

CMS是Concurrent Mark Sweep的缩写，并发标记清除。下图中，灰色箭头代表的是CMS线程，白色箭头是应用程序箭头，可以看出来，虽然CMS垃圾收集的过程虽然复杂，但是只有在初始标记过程和重新标记过程会STW（Stop The World）
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步骤1， 初始标记：
初始标记，该步骤STW，标记GC roots能直接引用的对象，注意是能直接引用，间接引用的不标记，因此速度很快。

步骤2， 并发标记：
并发标记，该过程不会STW，因此可以提升用户体验。由于没有STW，所以会有已标记过的对象的状态发生改变的问题。

步骤3， 重新标记：
重新标记，由于步骤2会导致某些对象的状态出问题，因此进行重新标记，STW。该过程用三色标记法。解决步骤2的问题。

步骤4， 并发清理：
并发清理，将垃圾对象清除掉。

步骤5， 并发重置：
并发重置，重置本次GC过程中的标记数据。即清除标记之类的。

CMS的缺点：

  1. 用户线程和垃圾收集线程会互相争夺资源；
  2. 无法处理浮动垃圾，浮动垃圾是在步骤4和5产生的垃圾，只能留给下一次GC进行处理；
  3. 使用的是标记清除算法，而不是标记整理算法，会产生大量空间碎片，但是，可以通过设置参数来实现标记整理。
  4. 并发失败，Concurrent mode failure，在垃圾收集的过程中，因为不是整个阶段都STW，所以在用户程序运行的过程中，有可能会产生大对象放进老年代。但是老年代可能空间不够放不下了，此时CMS会STW来专心做垃圾回收，使用Serial Old. 这会导致效率非常低，因此要尽量避免出现这种情况。

CMS的核心参数：
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在CMS的使用过程中，一定要避免并发失败的问题，因此要特别注意第五个参数-XX: CMSInitiatingOccupancyFraction参数，我们可以将这个参数设置小一点，从而留出多余的空间给并发时产生大对象。

调参实例讲解

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假设每

  1. 动态年龄阈值设置（-XX: MaxTenuringThreshold=5）

该值在默认情况下为15，也就是说当对象的动态年龄达到15时，才会进入老年代。也就是经历15次minor GC才会进入老年代。我们根据经验值将其设置成5，因为根据上图，没25秒进行一个minor GC, 经历5次已经过去了两三分钟，通常来说大多数对象会在几秒内变成垃圾，而如果一个对象经历了两三分钟仍然没有变成垃圾，说明它是一个可以存活较长的对象。因此设置成5早点让它移动到老年代，而不是一直占着survivor空间。

三色标记法

在并发标记的过程中，因为没有STW，会导致出现多标或者漏标的问题出现。

黑色：表示该对象被扫描过了，而且它的所有引用都被扫描过了。
灰色：该对象被扫描过，但是这个对象至少存在一个引用没有被扫描过。
白色：该对象没有被垃圾收集器扫描过。

多标问题不大，下次回收就可以了。
漏标问题很大，会导致不应该被回收的对象被回收了。
什么情况下会出现漏标？
例如，刚开始时，B -> D, B断开到D的引用，此时发生标记，D被标记为白色；
然后，A -> D，假设A一开始是黑色的，那么A不会再被处理，那么D的颜色不会被改变；
最终，D因为是白色被回收了。但实际D不应该被回收，因为D被A引用着。

漏标解决办法

以下两个方法都是通过写屏障来实现的。

增量更新

当增加一个赋值操作时，会用一个表保存这些引用，将来对这些引用进行重新标记。在重新标记的过程中，黑色对象会变成灰色对象。

原始快照（SATB）

当灰色对象要删除指向白色对象的引用时，用一个表来保存该引用记录。当进行重新标记时，将这些白色对象标记为黑色，让其存活下来，虽然它有可能是垃圾需要被回收。

写屏障

有点像钩子函数，即在赋值操作之前，或者之后进行一些操作。例如在赋值之前，或者之后，将引用记录放进某个表里。