第一階段：串行垃圾回收器：jdk1.3.1之前Java虛擬機僅僅只支持Serial收集器

第二階段：并行垃圾回收器：隨著多核的出現，Java引入了并行垃圾回收器，充分利用多核性能提升垃圾回收效率

第三階段：并發標記清理回收器CMS：垃圾回收器可以和應用程式同時運行，降低暫停用戶執行緒執行的時間

第四階段：G1（并發）回收器：初衷是在清理非常大的堆空間的時候能滿足特定的暫停應用程式的時間，與CMS相比會有更少的記憶體碎片【資料獲取】

1 垃圾回收演算法

1-1 標記清除演算法

演算法概述

優點：回收速度快

缺點：造成記憶體碎片，無法分配大的連續空間，

演算法思想

在Java9之前，Java默認使用的垃圾回收器是ParallelGC，從Java9開始G1作為了默認的垃圾回收器

• step1: 第一次掃描，通過GC root物件判斷堆記憶體中哪些物件可以進行垃圾回收，進行標記，

• step2: 第二次掃描， 將那些標記的GC root物件進行垃圾回收，只需要將起始記憶體地址與終止記憶體地址放入空閑記憶體區就行，

1-2 標記整理演算法

第一個依舊是標記，第二步會進行一個空間整理，從而不產生碎片，

優點：避免了記憶體碎片

缺點：對空間的整理使得效率比較低下，

1-3 復制演算法【資料獲取】

特點：

將管理的記憶體分為2塊區域，from區域與to區域，將那些不需要回收的物件從from區域拷貝到to區域，復制的程序中完成記憶體區域的整理，之后交換from和to的指向，

優點：不會產生記憶體碎片

缺點：需要雙倍的記憶體空間，記憶體利用率不高，而且拷貝也需要時間，

1-4 三種垃圾回收演算法總結【資料獲取】

注意：實際的JVM垃圾回收演算法中上面的三種演算法是綜合使用的，

2 JVM分代回收演算法

2-1 概述

Garden of Eden：伊甸園 garbage:垃圾

新生代主要由三部分內容組成，分別是Eden區，幸存區from,幸存區to， 通常情況下只有Eden區與幸存區from會存放數目，幸存區to只有垃圾回收時，復制物件會用到，堆記憶體的新生代進行一次垃圾回收（Minor GC），大部分物件都會都會被回收，
老年代通常存放一些經常被使用的物件，一個物件如果經歷多次垃圾回收仍然幸存，那么該物件會從新生代放入老年代，只有新生代記憶體不足并且老年代記憶體也不足的時候才會觸發full GC對老年代的物件進行垃圾回收，

為什么需要進行劃分？

實際環境中，物件的生命周期是不同的，老年代的物件生命周期比較長，可能很長時間才進行一次垃圾回收，新生代的物件生命周期比較短，垃圾回收比較頻繁，這種磁區法方便采用不同的垃圾回收演算法更加有效的進行垃圾回收，

2-2 分代垃圾回收示例

step1:程式剛剛開始運行，產生的物件先放入Eden區，當Eden區放不下的時候，

step2:對Eden區進行Minor GC,并將沒有被垃圾回收的物件復制的幸存區To，然后交換幸存區To和幸存區From,第一次垃圾回收的最終的效果如下圖所示：
step3: 第一次Minor GC, Eden區又有空間可以分配給新的物件使用，經過一段時間Eden又不夠用了，觸發第二次Minor GC, 這次垃圾會檢查Eden區以及幸存區From哪些物件可以存活，并將這些物件復制到幸存區To,然后交換幸存區To和幸存區From，這個時候Eden區又空了出來，可以放置新的物件，
實際垃圾回收程序中，JVM會對每個物件經過垃圾回收幸存下來的次數進行記錄，比如上圖中，幸存區的2個物件經過垃圾回收的次數分別是1和2，
step4: 當一些物件經過垃圾回收的次數仍然幸存的次數達到一個閾值（說明這個物件價值比較高），那么這個物件會被移動到老年代，

極端情況考慮：Eden區，from區，老年區都已經滿了？

此時會觸發Full GC(優先Minor GC,Minor GC依舊記憶體不夠)

2-3 分代垃圾回收的總結

物件首先分配在伊甸園區域

• 新生代空間不足時，觸發 minor gc，伊甸園和 from 存活的物件使用 copy復制到 to 中，存活的
  物件年齡加 1并且交換from to
• minor gc 會引發stop the world，暫停其它用戶的執行緒，等垃圾回收結束，用戶執行緒才恢復運行
  暫停時間較短，由于新生代大部分物件都是垃圾，復制的物件很少，所以效率較高
• 當物件壽命超過閾值時，會晉升至老年代，最大壽命是15（4bit，物件頭存盤）
• 當老年代空間不足，會先嘗試觸發 minor gc，如果之后空間仍不足，那么觸發full gc，STW的時
  間更長
• Full GC 的stop the world的時間要比MInor GC時間長，老年代存活物件較多加上空間整理時間，所以停止時間會較長，
  如果Full GC后，空間仍然不足會觸發記憶體不足的例外，

2-4 垃圾回收相關的虛擬機引數

垃圾回收器概述

2-5 垃圾回收案例分析

情況1：什么都不放的情況
new generation：新生代 tenured generation：老年代

package cn.itcast.jvm.t2;
import java.util.ArrayList;
/**
 *  演示記憶體的分配策略
 */
public class Demo2_1 {
    private static final int _512KB = 512 * 1024;
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    private static final int _6MB = 6 * 1024 * 1024;
    private static final int _7MB = 7 * 1024 * 1024;
    private static final int _8MB = 8 * 1024 * 1024;
//加入Java開發交流君樣：756584822一起吹水聊天
    // -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M : 堆初始與最大大小都是20M，新生代的大小為10M.
    // -XX:+UseSerialGC ： 為了學習方便，采用這個垃圾回收器，默認的垃圾回收器并不是這個，
    // -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc ：列印詳細資訊
    // -XX:-ScavengeBeforeFullGC ：在Full GC 前進行 Minor GC.
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
            list.add(new byte[_8MB]);
            list.add(new byte[_8MB]);
        }).start();

        System.out.println("sleep....");
        Thread.sleep(1000L);
    }
}

情況1執行結果

可以看到即使用戶沒有創建物件，系統物件也要占據一部分堆記憶體空間，

Heap
 def new generation   total 9216K, used 2341K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
// 新生代的空間總的大小為9216K,這里沒有把To空間給計算進去，系統任務To的空間是分配是不可用的，所以不是10M,已經使用了2341K，[]內部則是記憶體地址范圍，                              
  eden space 8192K,  28% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fee49420, 0x00000000ff400000)
//                                                          
  from space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
                               
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
                               
 tenured generation   total 10240K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
// 老年代大小為10M，可以看到沒有任何空間使用                                             
                                          //加入Java開發交流君樣：756584822一起吹水聊天   
   the space 10240K,   0% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600200, 0x0000000100000000)
                                
 Metaspace       used 3394K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
                                
  class space    used 378K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Java的記憶體物件都是分配在堆上嗎

情況2：新生代堆空間放滿，觸發GC

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new byte[_7MB]);      // 系統類占用2341K，加上new的7MB觸發垃圾回收
    }

情況2執行結果

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 2342K->696K(9216K), 0.0029193 secs] 2342K->696K(19456K), 0.0029867 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
// GC:minor GC(新生代垃圾回收)    FUll GC  (老年代垃圾回收)
// [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 垃圾回收執行時間
Heap
 def new generation   total 9216K, used 8110K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  eden space 8192K,  90% used [0x00000000fec00000, 0x00000000ff33d8c0, 0x00000000ff400000)
  from space 1024K,  67% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff5ae100, 0x00000000ff600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
 tenured generation   total 10240K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 10240K,   0% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600200, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 3539K, capacity 4536K, committed 4864K, reserved 1056768K
 //加入Java開發交流君樣：756584822一起吹水聊天
  class space    used 395K, capacity 428K, committed 512K, reserved 1048576K

情況三: 新生代記憶體隨著物件的增多放不下了

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new byte[_7MB]);
        list.add(new byte[_512KB]);
        list.add(new byte[_512KB]);
    }

執行結果

新生代放不下，將新生代的物件放置到老年代，

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 2342K->670K(9216K), 0.0022591 secs] 2342K->670K(19456K), 0.0023131 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 8678K->538K(9216K), 0.0061246 secs] 8678K->8354K(19456K), 0.0061637 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 def new generation   total 9216K, used 1132K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  eden space 8192K,   7% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fec94930, 0x00000000ff400000)
  from space 1024K,  52% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff486a00, 0x00000000ff500000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
 tenured generation   total 10240K, used 7815K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 10240K,  76% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffda1f80, 0x00000000ffda2000, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 3539K, capacity 4536K, committed 4864K, reserved 1056768K
 //加入Java開發交流君樣：756584822一起吹水聊天
  class space    used 395K, capacity 428K, committed 512K, reserveed 1048576K

情況四：一開始直接分配大于新生代的記憶體，如果老年代放的下，則直接放到老年代

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new byte[_8MB]);
    }

執行結果

Heap
//加入Java開發交流君樣：756584822一起吹水聊天
 def new generation   total 9216K, used 2507K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  eden space 8192K,  30% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fee72ca8, 0x00000000ff400000)
  from space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
 tenured generation   total 10240K, used 8192K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 10240K,  80% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffe00010, 0x00000000ffe00200, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 3539K, capacity 4536K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 395K, capacity 428K, committed 512K, reserved 1048576K

總結

當記憶體比較緊張的時候，即新生代記憶體放不下的時候，有時候會直接將物件分配到老年代，或者直接在回收次數較少(未達到15次)的情況下，直接將新生代物件弄到老年代，【資料獲取】

2 垃圾回收器

2-1 垃圾回收器概述

CMS垃圾回收器后來被G1垃圾回收器取代，

2-2 串行垃圾回收器

開啟串行垃圾回收器的JVM引數

-XX:+UseSerialGC    = Serial + SerialOld
// Serial：作業在新生代，采用復制的垃圾回收演算法
// SerialOld:作業在老生代，采用標記+整理的垃圾回收演算法

總結：觸發垃圾回收時，讓多個執行緒在一個安全點停下來，然后使用單執行緒的垃圾回收器去進行垃圾回收，垃圾回收完成后，再讓其他執行緒運行，

2-3 吞吐量優先的垃圾回收器

開啟吞吐量優先的垃圾回收器的JVM引數

開啟/關閉的引數

默認的多執行緒垃圾回收器，前者是開啟新生代回收器，采用復制演算法，后者是開啟老年代回收器，采用標記+拷貝演算法，下面選項只要開啟一個，那么另外一個也會開啟，

-XX:+UseParallelGC , -XX:+UseParallelOldGC 

開啟自適應動態調整新生代的大小，晉升閾值

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 

二個指標調整的引數（ParallelGC會根據設定的指標去調整堆的大小到達下面期望設定的目標）
指標1）1/（1+ratio） = 垃圾回收的時間/總的運行時間

ratio默認值時99，即垃圾回收的時間不超過總時間1%，但一般設為19，【資料獲取】
如果達不到目標，ParallelGC會調整堆記憶體大小來達到這個目標，通常是調大，這樣垃圾回收的次數會減少，從而提高吞吐量

-XX:GCTimeRatio=ratio          

指標2）每次垃圾回收的時間限制（ 最大暫停的毫秒數）

默認值是200ms
顯然將堆記憶體空間變小有助于減少每次垃圾回收的時間

-XX:MaxGCPauseMillis=ms   

總結：顯然指標1）與指標2）是有沖突的，

-XX:ParallelGCThreads=n //垃圾回收并行的執行緒數目


總結：采用多執行緒方式進行垃圾回收，垃圾回收的執行緒數目通常根據CPU的核數進行設定，在垃圾回收階段，并行的垃圾回收執行緒會充分占用CPU，在非垃圾回收階段，用戶執行緒會充分利用CPU資源，

2-4 回應時間優先的垃圾回收器（CMS垃圾回收器）

缺點：采用的標記清除演算法產生記憶體碎片需要退化成單執行緒的垃圾整理回收器，造成回應時間變長，

開啟的JVM引數

注意這個是并發的采用標記清除演算法的垃圾回收，這里區別于之前的垃圾回收器，該垃圾回收器能夠在進行垃圾回收的同時運行其他非垃圾回收執行緒（也存在時間階段需要停止，但不是所有階段停止），
老年代并發的垃圾回收器會出現失敗的情況，這時老年代垃圾回收器會退化成單執行緒的垃圾回收器(SerialOld)

-XX:+UseConcMarkSweepGC // use concurrent mark sweep（會產生垃圾碎片） 作業在老年代的垃圾回收器
-XX:+UseParNewGC        // 作業在新生代的垃圾回收器
//加入Java開發交流君樣：756584822一起吹水聊天

重要的初始引數

-XX:ParallelGCThreads=n        // 并行的垃圾回收執行緒數，通常等于CPU的核心數（垃圾回收并行階段）
-XX:ConcGCThreads=threads      // 并發的執行緒數目，通常設為并行垃圾回收執行緒數的1/4（垃圾回收并發階段）

其他引數

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent // 執行垃圾回收的記憶體占比，預留空間給浮動垃圾
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark
// 在重新標記前，對新生代進行垃圾回收，減少并發清理的垃圾物件，+開啟，-關閉

浮動垃圾是指并發清理程序中用戶執行緒新產生的垃圾，需要等待下次并發清理，【資料獲取】

并發作業流程概述：

• step1:老年代發生記憶體不存的現象，
• step2:ConcMarkSweepGC會進行一個初始標記動作（初始標記需要STW即阻塞非垃圾回收執行緒），初始標記只標記根物件，所以速度非常快，暫停時間也非常短，
• step3:完成初始標記后，之前阻塞的執行緒又可以運行了，這個時候垃圾回收執行緒進行并發標記，
• step4:并發標記結束后，需要再次阻塞非垃圾回收執行緒，進行一個所謂的重新標記，
• step5:重新標記完成后，阻塞的執行緒又可以運行了，垃圾回收執行緒也并發的清理垃圾物件，

總結：初始標記與重新標記需要阻塞執行緒， 在并發階段，由于垃圾回收執行緒占用資源，所以系統的吞吐量會受到一定的影響，但是系統的回應速度由于并發執行不會受到垃圾回收的明顯影響(相比較其他垃圾回收器，STW時間只需要進行初始標記與重新標記，并且能夠不阻塞其他執行緒進行垃圾的標記與清除)，

最后，祝大家早日學有所成，拿到滿意offer，快速升職加薪，走上人生巔峰，

【參考文獻】