[原创]JVM垃圾回收机制和常见垃圾收集器-CMS、G1、ZGC

1.分代收集理论

现代大部分的虚拟机的垃圾回收器都遵循“分代收集”的理论基础来进行设计实现：

  - 绝大部分的对象的声明周期很短，都是朝生夕死。
  - 历经多次垃圾回收后仍然存活的对象就可能更加越难被回收。

根据这个理论基础，JVM的大部分虚拟机将堆空间逻辑划分为新生代/年轻代、老年代，垃圾收集器可以根据不同的区域选择不同的回收算法进行GC。

2.垃圾回收算法

2.1 标记-复制算法

复制算法将内存分隔为两块相同大小的区域，每次只使用其中的一块，每当GC完成后，将存活的对象复制到另一块区域，然后将前一块清空。

2.2 标记-清除算法

标记-清除法分为标记和清除两个阶段，标记存活的对象，然后GC清除掉没有被标记的对象。这种算法实现简单，但是有2个缺点：

     - 内存越大，要标记的对象越多，耗时越久，性能越低。
     - 内存碎片化问题，导致大对象(数组)分配困难。

2.3 标记-整理算法

标记-整理法大体流程和标记清除法一致，但是它具有整理内存空间的功能。这种算法避免了内存碎片化的问题，但是效率上相对于标记-清除法略低。
一般情况下，年轻代大多采用标记-复制算法，而老年代则标记-清除和标记-整理算法都有，不同垃圾收集器的实现方案不一样。

2.常见垃圾收集器

3.Serial、Serial Old收集器组合(最古老、现在几乎不主动用)

Serial和Serial Old在JVM早期就诞生了，他俩的特点如下：

  - 单线程工作模式
  - GC期间用户线程暂停，STW一般控制在百级毫秒左右
  - 适合几十到几百兆的堆内存使用，内存越大，这两者的回收效果越差
  - 现在基本上不会用到他俩，-XX:+UseSerialGC、-XX:+UseSerialOldGC可以开启

4.Parallel Scavenge、Parallel Old(JDK8默认的收集器)

Parallel Scavenge和Parallel Old收集器已经是JDK8默认的组合，也是第一款并发收集器，特点：

  - GC过程采用多线程模式，线程数可配置，默认是CPU核心数`-XX:ParallelGCThreads`
  - 可配置`-XX:MaxGCPauseMillis`，控制GC暂停的最大时间，但吞吐量会降低，因为GC更频繁。
  - 他俩更关注JVM系统的吞吐量

5.ParNew收集器(通常配合CMS)

ParNew和Parallel Scavenge很相似，都是并发执行GC工作，但是ParNew只能负责新生代的GC任务。

6.CMS收集器(划时代意义的一款收集器)

Concurrent Mark Sweep简称CMS，这是一款追求低延时的收集器，也是第一款真正意义上的并发垃圾收集器，它实现了GC线程和用户线程同时工作的能力，极大提高了JVM垃圾收集的亲和力；但是CMS也是唯一一款采用标记-清除算法的老年代收集器。

CMS整个工作流程分为5个阶段：

6.1 阶段一：初始标记

初始标记阶段将GC Roots作为根节点扫码与之直连的对象，速度较快耗时很短，但是会暂停用户线程STW。

6.2 阶段二：并发标记

并发标记阶段从GC Roots直连的对象作为开始，通过可达性分析算法扫码整个堆，这个过程很长，但是可以和用户线程并发执行，所以没有STW。但是并发标记阶段会存在多标、漏标的问题。

6.3 阶段三：重新标记

重新标记阶段就是为了修正并发标记阶段因为用户线程在执行可能导致对象的引用链发生变化的记录，该过程会STW，暂停时间比初始标记略长。

6.4 阶段四：并发清理

并发清理