一、為是麼需要分代管理

1、分代管理主要是為了方便垃圾回收。

2、大部分物件很快就不再使用；

3、一部分不會立即無用，但也不會持續很長時間。

二、分代劃分

虛擬機器劃分為年輕代、老年代、和永久代

1、年輕代 (存放新建立的物件)

A) 年輕代分為 Eden 區和兩個 Survivor 區。

B) 大部分物件在 Eden 區中生成。當 Eden 區滿時，還存活的物件會在兩個 Survivor 區交替儲存，

C) 達到一定次數的物件會晉升到老年代(15次)。

2、老年代（存放從年輕代晉升而來的，存活時間較長的物件）

3、永久代

主要儲存類資訊等內容，上圖的永久代是指物件劃分方式，不是專指 1.7 的 PermGen，或者 1.8 之後的 Metaspace。

三、JVM 垃圾回收演算法

根據年輕代與老年代的特點，JVM 提供了不同的垃圾回收演算法。垃圾回收演算法按型別可以分為引用計數法、複製法和標記清除法。

1、引用計數法

通過物件被引用的次數來確定物件是否被使用，缺點是無法解決迴圈引用的問題。

2、複製演算法

需要 from 和 to 兩塊相同大小的記憶體空間，物件分配時只在 from 塊中進行，回收時把存活物件複製到 to 塊中，並清空 from 塊，然後交換兩塊的分工，即把 from 塊作為 to 塊，把 to 塊作為 from 塊。缺點是記憶體使用率較低。

3、標記清除演算法

分為標記物件和清除不在使用的物件兩個階段，標記清除演算法的缺點是會產生記憶體碎片。

4、JVM 中提供的年輕代回收演算法 Serial、ParNew、Parallel Scavenge 都是複製演算法， CMS、G1、ZGC 都屬於標記清除演算法。

四、CMS 演算法

CMS 在 JDK1.7 之前可以說是最主流的垃圾回收演算法。CMS 使用標記清除演算法，優點是併發收集，停頓小

1、初始標記階段：會 stop the world，標記的物件只是從 root 集最直接可達的物件；

2、併發標記階段：GC 執行緒和應用執行緒併發執行。主要是標記可達的物件；

3、重新標記階段，這個階段是第二個 stop the world 的階段，停頓時間比並發標記要小很多，但比初始標記稍長，主要對物件進行重新掃描並標記；

4、併發清理階段：進行併發的垃圾清理；

5、併發重置階段：為下一次 GC 重置相關資料結構。

五、G1 演算法

A) G1 在 1.9 版本後成為 JVM 的預設垃圾回收演算法，G1 的特點是保持高回收率的同時，減少停頓。

B) G1 演算法取消了堆中年輕代與老年代的物理劃分，但它仍然屬於分代收集器。G1 演算法將堆劃分為若干個區域，稱作 Region。一部分割槽域用作年輕代，一部分用作老年代，另外還有一種專門用來儲存巨型物件的分割槽。

C) G1 也和 CMS 一樣會遍歷全部的物件，標記物件引用情況，在清除物件後會對區域進行復制移動整合碎片空間。

回收過程

1、G1 的年輕代回收，採用複製演算法，並行進行收集，收集過程會 STW。

2、G1 的老年代回收時也同時會對年輕代進行回收（主要分為四個階段）

A) 依然是初始標記階段完成對根物件的標記，這個過程是STW的；

B) 併發標記階段，這個階段是和使用者執行緒並行執行的；

C) 最終標記階段，完成三色標記週期；

D) 複製/清除階段，這個階段會優先對可回收空間較大的 Region 進行回收，即 garbage first，顧稱 G1 。

六、ZGC 特點

ZGC 是最新的 JDK1.11 版本中提供的高效垃圾回收演算法，ZGC 針對大堆記憶體設計可以支援 TB 級別的堆，ZGC 非常高效，能夠做到 10ms 以下的回收停頓時間。

ZGC 特點

1、ZGC 使用著色指標技術：64 位平臺上，一個指標的可用位是 64 位，ZGC 限制最大支援 4TB 的堆，這樣定址只需要使用 42 位，那麼剩下 22 位就可以用來儲存額外的資訊，著色指標技術就是利用指標的額外資訊位，在指標上對物件做著色標記。

2、使用讀屏障，ZGC 使用讀屏障來解決 GC 執行緒和應用執行緒可能併發修改物件狀態的問題，而不是簡單粗暴的通過 STW 來進行全域性的鎖定。使用讀屏障只會在單個物件的處理上有概率被減速。

3、由於讀屏障的作用，進行垃圾回收的大部分時候都是不需要 STW 的，因此 ZGC 的大部分時間都是併發處理。

4、基於 Region，這與 G1 演算法一樣，不過雖然也分了 Region，但是並沒有進行分代。ZGC 的 Region 不像 G1 那樣是固定大小，而是動態地決定 Region 的大小，Region 可以動態建立和銷燬。這樣可以更好的對大物件進行分配管理。

5、壓縮整理。CMS 演算法清理物件時原地回收，會存在記憶體碎片問題。ZGC 和 G1 一樣，也會在回收後對 Region 中的物件進行移動合併，解決了碎片問題。

ZGC 回收過程

1、開始進行回收階段，ZGC 首先會進行一個短暫的 STW，來進行 roots 標記。這個步驟非常短，因為 roots 的總數通常比較小。

2、開始進行併發標記階段，通過對物件指標進行著色來進行標記，結合讀屏障解決單個物件的併發問題。這個階段在最後還是會有一個非常短的 STW 停頓，用來處理一些邊緣情況，這個階段絕大部分時間是併發進行的，所以沒有明顯標出這個停頓。

3、清理階段，把標記為不在使用的物件進行回收，把不在使用的物件進行了回收。

4、重定位階段：對 GC 後存活的物件進行移動，來釋放大塊的記憶體空間，解決碎片問題。

A) 重定位最開始會有一個短暫的 STW，用來重定位集合中的 root 物件。暫停時間取決於 root 的數量、重定位集與物件的總活動集的比率。

B) 最後是併發重定位，這個過程也是通過讀屏障，與應用執行緒併發進行的。