gc是java區別於其他好幾門語言（c/c++）的一個代表功能（當然也有很多可以自動管理內存的語言，如所有的腳本語言，你根本不知道內存管理這回事）！

　　當然，之所以要把c/c++和java相比，是因為java出現的初衷即是對標c++的缺點的。不管怎麽樣，gc讓程序員gg們不用痛苦地管理內存，這是好事！

　　回歸正題，gc是什麽？小白：Garbage Collect 垃圾回收（內存），是一種自動管理內存的一種機制！

　　下面，我們分幾個問題來討論gc的實現及原理！

一條主線（如果是你會怎麽做？）：

　　1. 什麽內存可以回收？（回收對象判定）
　　2. 什麽時候回收？（回收時機）
　　3. 怎麽回收？（回收算法）

基本上，我們主要來回答完這幾個問題，gc的事情基本就定了！

我們也可以先用簡單的三句話來回答上面的問題：

　　1. 沒有用的內存就可以回收了；
　　2. 在保證回收準確的前提下，隨時可以回收；
　　3. 用高效算法進行回收，保證最小影響業務代碼運行；

所以，其實大體思路還是簡單的，但是具體做下來就不那麽簡單了，gc功能經過幾十年的發展依然還在完善中，是最好的證明！

下面我們來細細解答這幾個思路！

1. 什麽樣的內存可以回收？什麽樣的內存是沒有用的？可以回收的內存，一般來說肯定是沒用的內存（有用內存將其刪除是高危動作）！

　　所以，判定什麽樣的內存是無用內存，就是問題的關鍵！通常的簡單的，使用引用計數器法推斷：給對象添加引用計數器，當一個地方引用時，將計數加1，當引用失效時，將計數器減1;計數器為0，則表示對象不會再被使用了，即是無用內存。這樣單說，其實是沒有問題的，因為就是有的語言就是這麽幹的，如AS3.0, python等等！但是，java卻是沒有采用這種判斷方法，判定對象是否無用的。因為這種算法對java而言，存在一個循環引用問題，解決不了。java中是使用可達性分析算法來判定一個對象是否有用的。算法過程為：從 gc roots 作為起始點，所超走過的路徑為引用鏈，當一個對象到gc roots不可達時，則證明對象不可達，即對象無引用，可回收。所以，我們只要找出家些不可達gc roots的對象，將其回收即可。

　　可達性分析剩下兩個問題：

　　　　1. gc roots 在哪裏？
　　　　2. 分析的起點是 gc roots嗎？還是其他對象？
　　　　3. 需要掃描所有路徑嗎？數量怎麽樣？效率怎麽樣？

　　java中規定以下幾種對象可作為gc roots：

　　　　1. 虛擬機棧中引用的對象（棧幀中的本地變量表中引用的對象）；
　　　　2. 方法區中靜態屬性引用的對象；
　　　　3. 方法區中常量引用的對象；
　　　　4. 本地方法棧中jni引用的對象；

　　即以以上幾種gc roots作為根開始掃描，沒有引用的對象可以清除；

　　為全路徑掃描，找不到對象為需要刪除的對象；（請查看c++源碼掃描解釋）

2. 什麽時候回收？任何安全準確的時間點進行回收？

　　在確定了哪些對象可以清除後，找個時間點就可以清除了。其實，在可達性分析後不可達的對象，也可以繼續存在：

　　　　1. 對象可以finalize()方法中拯救自己一次！（逃逸）
　　　　2. 當然，gc不是實時運行的，它的觸發時機為：當新生代空間不夠將觸發一次minor gc，此時幸存下來的對象的年齡則加1；當老年代空間也不夠放對象時，將觸發一次full gc，一般fg都伴隨著一次minor gc。
　　　　3. 執行內存清理時，需要暫停所有線程，否則會存在一致性問題。暫停所有的線程方式有兩種: 1. 搶占式中斷，2. 主動式中斷；對於睡眠線程，則將其設置為安全區域。在此安全占或安全區域（safepoint）內才可以進行回收！

3. 怎樣回收？

　　怎樣高效回收內存！都有些什麽算法？

　　1. 標記清除算法；優點是簡單；缺點：1. 兩個算法效率都不高；2. 回收後會產生內存碎片；
　　2. 改進1，復制算法；實現方法務，將內存分為兩塊，將其中一塊用於存儲，當其中一塊好的復制到另一塊上後，直接清除原來的內存；優點：實現簡單，運行高效；缺點是需要使用一半的內存來做備用，浪費空間了。這裏還涉及到擔保問題。
　　3. 改進2，標記整理算法；其實現方式為，找出可清除的區塊，讓其沿頭移動，從而得到歸整的內存區域；
　　4. 分代收集算法，這裏是組合多個基礎算法的優點而來的算法，也是當下的調用虛擬機的算法。比如年輕代使用復制算法，老年代使用標記整理算法，物盡其用！

　　把三個問題解答完後，我們把gc外圍的東西搞定了，現在讓我們看看具體的收集器吧。

畢竟，原理只是原理，只有具體的收集器對我們才更實用呢！

4. 都有些什麽垃圾收集器呢？

　　Serial 是歷史悠久的串行收集器；
　　Serial old 是serial的老年代收集器，采用標記整理算法收集；
　　ParNew 是serial的多線程版本收集器；
　　Parallel Scavenge 是專註於吞吐量的並行收集器；
　　Parallel old 是Parallel Scavenge的老年代版本，使用多線程和標記整理算法進行收集；
　　CMS Concurrent Mark Sweep, 是一款以獲取最短停頓時間為目標的收集器；
　　G1 Garbage First, 是一款最新的性能最好的垃圾收集器；

　　如上面幾種垃圾收集器，一般都是以組合的形式進行工作的，而不是單個收集器做完所有事情。（當然越往後就越融合為一個收集器做完了）總之，其目標都是一致的，即以不同的方式收集不同類型的內存， 從而達到最佳收集效果！

　　其中，serial, serial old, parnew, ps, ps old 基本上就如同前面的一句話描述，雖然其實現可能很復雜，但是呈現出來的還是比較簡單的。

我們主要看下 CMS 和 G1 兩個收集器！

CMS, 是第一款真正的並發收集器。

G1, 籌備了10年才推出第一個正式版本，可見其難度一斑！

cms收集器是一款追求獲得盡量短的停頓時間為目標的收集器，它是基於標記清除算法操作的，它的運作主要分為4個步驟：

　　　　1. 初始標記；（標記gc roots能直接關聯到的對象）
　　　　2. 並發標記；（對gc roots進行tracing，耗時長）
　　　　3. 重新標記；（修正並發標記期間因用戶程序運作而改變的對象的標記）
　　　　4. 並發清除；（清除標記好的對象空間，耗時長）
　　這些步驟對於前面幾種收集器來說，往往就兩個步驟，它是復雜化了的。

　　它的整體動作過程圖示如下：

　　可以看出，初始標記過程是單線程的，而後續幾個動作都是多線程的。其中並發標記和並發清除是和都是可以和用戶線程一起工作的，而且這兩個過程又是比較耗時的，因此雖然gc一直在工作，但是並沒有導致用戶長時間的停頓。

　　有個疑問：並發標記的tracing是什麽意思？

　　cms雖然看起來很好，但是它也有它的缺點，主要體現在：

　　　　1. 因為是與用戶線程並發，雖不會導致用戶線程停頓，但是會搶占cpu資源。所以在cpu資源緊缺的場景則肯定不適合cms了；
　　　　2. cms收集器無法處理浮動垃圾，可能會因此導致另一次full gc。因為cms在清理期間用戶線程一直在產生垃圾，所以肯定會留下些cms沒有收集到的內存，這必須等到下一次gc時才可能回收；而且，由於cms是與用戶線程一起工作的，所以，在做清理的同時必須要預留下空間給用戶線程使用，所以會收集得更頻繁些，比如超過68%的占用時就觸發gc；如果在收集期間用戶線程的內存不夠用了，就會出現“Concurrent Mode Failure”，虛擬機會啟用後備預案來進行gc以獲得足夠空間（serial old），從而導致停頓時間很長問題出現；
　　　　3. 並發清除算法會導致內存碎片產生，這在遇到大對象分配時，將無法滿足從而會提前觸發（可能總體空間還很充足）full gc；當然cms有個開關來解決這問題，-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection, 它會在要進行full gc時開戶碎片整理過程，當然它的代價是導致停頓時間變長；

　　綜上，我們可以看出cms是個好的收集器，但是它也有自己的短板，如果不顧使用場合地隨便應用cms，則可能帶來相反的效果；

最後，我們再來看看G1收集器；

　　G1收集器是個最新的收集器，其研發n的周期也預示了它的難度；粗略地說它是從jdk1.7（7u4）開始面向用戶的。

　　它有如下優勢：

　　　　1. 並行與並發；與用戶線程共存；
　　　　2. 分代收集；
　　　　3. 空間整合；使用 標記整理算法和復制算法，避免了空間碎片問題；
　　　　4. 可預測的停頓；用戶可以指定時間，g1會使停頓時間小於設定值；

　　G1的堆內存總局與其他收集器不同，它是將整個堆分為n個大小相等的region的布局！在回收垃圾時，g1會跟蹤各個region裏的價值大小，在後臺維護一個優先級列表，每次根據允許的收集時間，優先回收價值最大的region。

　　g1運作大致分為以下幾個步驟：

　　　　1. 初始標記；（僅標記gc roots能關聯到的對象）
　　　　2. 並發標記；（可達性分析）
　　　　3. 最終標記；（修正並發標記期間的變化，變化被記錄在log中）
　　　　4. 篩選回收；（將region回收價值排序，根據用戶期望進行選擇回收計劃）

其運行過程與cms大致相似（補圖中）

G1收集器在jdk1.7中正式亮像，在jdk1.8中做了很多的完善，相信會是越來越多同學的選擇的！

如果你想調優gc配置，請另查資料！

參考： 《深入理解java虛擬機》

白話說java gc垃圾回收