介绍

JVM为了方便进行内存的管理，将整体的堆内存进行了划分，所以每一块堆内存空间都需要进行各自的GC回收处理，于是就有了GC回收算法，而对于算法就必须考虑单核CPU与多核CPU并行的时代区分，对于传统的算法可以完整应用在JDK 1.8及以前的各个JDK版本中

年轻代回收算法	老年代回收算法
串行GC（Serial Copying）	串行GC（Serial MSC）
并行回收GC（Parallel Scavenge）	并行GC（Parallel MSC）
并行GC（ParNew）	并行GC（CMS）

串行算法：在最初的JVM提供的运行环境基本上都属于单核CPU，既然是单核CPU，那么所有的回收（回收之前一定要进行标记）操作就按照顺序的方式进行处理；
并行算法：而到了多核CPU的时代，由于可以有多个处理单元，所以对于JVM垃圾的回收就可以采用并行运行的模式进行处理，自然速度就有所提升了。

一、年轻代的GC回收算法

年轻代执行的GC主要是MinorGC，并且随着新对象大量的创建，MinorGC一定会执行的很频繁，也就是说MinorGC是执行最多的GC，而相对老年代来讲，年轻代的回收相对容易一些，而来老年代中的对象都一致被使用到的，而且会很多，一旦发生了GC操作，那么会非常耗费时间，所以老年代GC（Full GC）执行的频率不会特别高。

1.1 串行GC（Serial Copying）

扫描出新生代中存活的对象（有引用链相连的对象）；
MinorGC将存活的对象复制到Survival（存活区）的S0/S1（From Space和To Space）区
将S0或S1对换角色，这两块内存同时只会有一块内存在工作，另一块处于空闲状态，当进行MinorGC的时候，会将存活的对象全部负复制到空闲的那一块内存上，然后切换两块内存的状态，将之前在工作的那块内存清空，等待下一次GC处理，又会再一次进行切换；
MinorGC完成之后，将存活对象的年龄加1，将对象年龄达到阈值（默认15）的对象，放入老年代。

当伊甸园区内存不足的时候，会触发MinorGC操作，而后在伊甸园区将存活对象保存在存活区（S0和S1需要进行互换，同时永远有一块内存是空的），利用存活区实现对象晋级的处理操作。

1.2并行回收GC（Parallel Scavenge）

算法：复制（Copying）清理算法；
操作步骤：在扫描和复制时均采用多线程方式处理，并行回收GC为空间较大的年轻代回收提供了许多的优化
优势：在多CPU的机器上其GC耗时会比串行方式短，适合多CPU、对暂停时间要求较短的应用。

串行的GC操作是只有一个线程进行扫描、标记、移动，那么整体的执行性能一定是非常差的，在硬件性能提升之后就采用了并行机制来提升GC的处理性能，串行最大的问题在于有可能带来STW（Stop It World）暂停时间过长，很明显为了提升GC处理性能，那么应该让暂停的时间越短越好，而且并行机制就可以减少暂停时间带来的影响。

1.3 并行GC（ParNew）

并行GC（ParNew）必须结合老年代CMS GC一起使用。因为在年轻代如果发生了MinorGC时，老年代也需要使用CMS GC同时处理（并行回收GC并不会做这些）。

CMS（Concurrent Mark-Sweep），是以牺牲吞吐量为代价获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于在要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。

二、老年代的GC回收算法

老年代的GC（MajorGC、Full GC）执行的次数一般较少，因为老年代里面所保存的对象基本上都属于常用对象，也就是说这些对象往往都有引用关系，很少会有垃圾对象的出现。

2.1 串行GC（Serial MSC）：标记-清除-压缩（Mark-Sweep-Compact）

对所有的垃圾信息进行标记，而后进行内存空间的释放，但是这样会产生内存碎片，所有可以利用压缩的形式将所有存活对象占用的空间往左端保存，空出一块完整连续的内存空间来。

串行机制使用单线程的模式来处理，所以会造成较长时间的STW（停顿）问题，串行的机制已经不再适合当今的任何一种回收处理机制。

2.2 并行GC（Parallel Mark Sweep、Parallel Compacting）

操作步骤

将老年代内存空间按照线程个数划分为若干个子区域；
多个线程并行对各自子区域内的存活对象进行标记；
多个线程并行清除所有未标记的对象（死亡对象）；
多个线程并行将存活对象整理在一起，并将所有被回收对象的空间整合为一体。

优缺点：多个线程同时进行垃圾回收可以缩短应用的暂停时间（STW时间短），但是由于老年代的空间一般较大，所以在扫描和标记存活对象上需要花费较长时间。

2.3 并行GC（Concurrent Mark-Sweep GC、CMS GC）

操作步骤

初始标记（STW Initial Mark）：虚拟机暂停正在执行的任务（STW阶段），通过可达分析算法扫描出所有存活对象，并做出标记。此过程只会导致短暂的JVM暂停；
并发标记（Concurrent Marking）：恢复所有暂停的线程对象，并对之前标记过的对象进行扫描，取得所有跟标记对象关联的对象。
并打预清理（Concurrent Precleaning）：查找所有在并发标记阶段新进入老年代的对象（一些对象可能刚从新生代晋升到老年代，或者有一些大对象被分配到老年代），通过重新扫描，减少下一阶段的工作；
重新标记（STW Remark）：此阶段会暂停虚拟机，对在“并发标记”被改变引用或新创建的对象进行标记；
并发清理（Concurrent Sweeping）：恢复所有暂停的应用线程，对所有未标记的垃圾对象进行清理，并且会尽量将已回收对象的空间重新拼凑为一个整体。在此阶段收集器线程和应用线程并发执行。
并发重置（Concurrent Reset）：重置CMS收集器的数据结构，等待下一次垃圾回收。

优缺点：只有在第一次和重新标记阶段才会暂停整个应用（STW），这样对应用程序带来的影响非常的小。缺点是并发标记与回收线程会与应用线程争夺CPU资源，并且容易产生内存碎片。

Java虚拟机需要在运行的时候考虑其所处的环境，所以对于单机版的GC和服务器版的GC也是有所区别的。

No.	运行环境	年轻代GC	老年代GC
1	单机程序（Client）	串行GC（Serial Copying）	串行GC（Serial MSC）
2	服务器程序（Server）	并行回收GC（Parallel Scavenge）	并行GC（Parallel Mark Sweep、Parallel Compacting）

不同的JDK版本默认支持的GC回收算法是不通的，如果要修改GC的算法，可以自己手动利用JVM参数来进行配置。

No.	参数名称	年轻代效果	老年代效果
1	-XX:+UseSerialGC	串行GC（Serial Copying）	串行GC（Serial MSC）
2	-XX:+UseParallelGC	并行回收GC（Parallel Scavenge）	并行GC（Parallel Mark Sweep、Parallel Compacting）
3	-XX:+UseConcMarkSweepGC	并行GC（ParNew）	并行GC（Concurrent Mark-Sweep GC、CMS GC），当出现concurrent Mode Failure时采用串行GC（Serial MSC）
4	-XX:+UseParNewGC	并行GC（ParNew）	串行GC（Serial MSC）
5	-XX:+UseParallelOldGC	并行回收GC（Parallel Scavenge）	并行GC（Parallel Mark Sweep、Parallel Compacting）

程序示例

设置一个并行的GC处理操作

package JVM;
public class TestGC {
    public static void main(String[] args) {
        String str = new String("Hello RsThe");
        for(int x = 0; x < 713; x++){
            // 该操作会产生大量垃圾
            str += x;
            str.intern();
        }
    }
}

此代码中会产生大量的垃圾，默认的算法新版本之中不再使用串行或者是并行了

启动参数

-Xms2m -Xmx2m -Xss1m -XX:+UseSerialGC -Xlog:gc*

执行结果

[0.011s][info][gc] Using Serial（使用串行GC）
[0.011s][info][gc,heap,coops] Heap address: 0x00000000ffe00000, size: 2 MB, Compressed Oops mode: 32-bit
[0.043s][info][gc,start     ] GC(0) Pause Young (Allocation Failure 内存分配失败)（暂停年轻代）
[0.046s][info][gc,heap      ] GC(0) DefNew: 512K->64K(576K)
[0.046s][info][gc,heap      ] GC(0) Tenured: 0K->406K(1408K)
[0.046s][info][gc,metaspace ] GC(0) Metaspace: 95K->95K(1056768K)
[0.046s][info][gc           ] GC(0) Pause Young (Allocation Failure) 0M->0M(1M) 2.994ms
[0.046s][info][gc,cpu       ] GC(0) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s
[0.086s][info][gc,start     ] GC(1) Pause Young (Allocation Failure)
[0.087s][info][gc,heap      ] GC(1) DefNew: 576K->64K(576K)
[0.087s][info][gc,heap      ] GC(1) Tenured: 406K->641K(1408K)
[0.087s][info][gc,metaspace ] GC(1) Metaspace: 361K->361K(1056768K)
[0.087s][info][gc           ] GC(1) Pause Young (Allocation Failure) 0M->0M(1M) 1.222ms
[0.087s][info][gc,cpu       ] GC(1) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s
[0.102s][info][gc,start     ] GC(2) Pause Young (Allocation Failure)
[0.104s][info][gc,heap      ] GC(2) DefNew: 576K->64K(576K)
[0.104s][info][gc,heap      ] GC(2) Tenured: 641K->788K(1408K)
[0.104s][info][gc,metaspace ] GC(2) Metaspace: 422K->422K(1056768K)
[0.104s][info][gc           ] GC(2) Pause Young (Allocation Failure) 1M->0M(1M) 1.217ms
[0.104s][info][gc,cpu       ] GC(2) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s
[0.138s][info][gc,start     ] GC(3) Pause Young (Allocation Failure)
[0.139s][info][gc,heap      ] GC(3) DefNew: 576K->64K(576K)
[0.139s][info][gc,heap      ] GC(3) Tenured: 788K->994K(1408K)
[0.139s][info][gc,metaspace ] GC(3) Metaspace: 960K->960K(1056768K)
[0.139s][info][gc           ] GC(3) Pause Young (Allocation Failure) 1M->1M(1M) 1.183ms
[0.139s][info][gc,cpu       ] GC(3) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s
[0.145s][info][gc,start     ] GC(4) Pause Young (Allocation Failure)
[0.145s][info][gc           ] GC(4) Pause Young (Allocation Failure) 1M->1M(1M) 0.066ms
[0.145s][info][gc,cpu       ] GC(4) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s
[0.145s][info][gc,start     ] GC(5) Pause Full (Allocation Failure)
[0.145s][info][gc,phases,start] GC(5) Phase 1: Mark live objects（标记存活对象）
[0.146s][info][gc,phases      ] GC(5) Phase 1: Mark live objects 1.134ms（标记耗费时间）
[0.146s][info][gc,phases,start] GC(5) Phase 2: Compute new object addresses（计算新对象的地址）
[0.147s][info][gc,phases      ] GC(5) Phase 2: Compute new object addresses 0.301ms（计算新对象地址耗费时间）
[0.147s][info][gc,phases,start] GC(5) Phase 3: Adjust pointers
[0.147s][info][gc,phases      ] GC(5) Phase 3: Adjust pointers 0.629ms
[0.147s][info][gc,phases,start] GC(5) Phase 4: Move objects（对象移动，碎片整理）
[0.147s][info][gc,phases      ] GC(5) Phase 4: Move objects 0.057ms
[0.148s][info][gc,heap        ] GC(5) DefNew: 574K->0K(576K)
[0.148s][info][gc,heap        ] GC(5) Tenured: 994K->1089K(1408K)
[0.148s][info][gc,metaspace   ] GC(5) Metaspace: 1036K->1036K(1056768K)
[0.148s][info][gc             ] GC(5) Pause Full (Allocation Failure) 1M->1M(1M) 2.346ms
[0.148s][info][gc,cpu         ] GC(5) User=0.00s Sys=0.00s Real=0.00s
[0.150s][info][gc,heap,exit   ] Heap
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]  def new generation   total 576K, used 353K [0x00000000ffe00000, 0x00000000ffea0000, 0x00000000ffea0000)
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]   eden space 512K,  68% used [0x00000000ffe00000, 0x00000000ffe58470, 0x00000000ffe80000)
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]   from space 64K,   0% used [0x00000000ffe80000, 0x00000000ffe80000, 0x00000000ffe90000)
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]   to   space 64K,   0% used [0x00000000ffe90000, 0x00000000ffe90000, 0x00000000ffea0000)
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]  tenured generation   total 1408K, used 1089K [0x00000000ffea0000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]    the space 1408K,  77% used [0x00000000ffea0000, 0x00000000fffb0710, 0x00000000fffb0800, 0x0000000100000000)
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]  Metaspace       used 1039K, capacity 4573K, committed 4864K, reserved 1056768K
[0.150s][info][gc,heap,exit   ]   class space    used 102K, capacity 416K, committed 512K, reserved 1048576K

使用并行GC，执行参数

-Xms2m -Xmx2m -Xss1m -XX:+UseParallelGC -Xlog:gc*