堆的划分与垃圾回收

堆的划分

可以把Java堆分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），又将新生代分为Eden（伊甸）区，From Survivor区，To Survivor区，它们默认的内存分配比例为8:1:1.
《深入理解Java虚拟机》—— 堆的划分与垃圾回收
勘误：Old Gen(约占1/3堆空间) 更正为 Old Gen(约占2/3堆空间)

Minor GC， Major GC，Full GC的区别

GC分为3种：Minor GC， Major GC，Full GC

Minor GC发生在新生代中，采用复制算法；
Major GC发生在老年代中，采用标记—清除算法或标记—整理算法；
Full GC包括一次Minor GC和一次Major GC。

Java对象具有“朝生夕灭”的特点（即生命周期很短），所以Minor GC十分频繁，速度快；而Major GC比Minor GC速度一般慢十倍以上。

对象的分配

新建的对象一般被分配到Eden和From区（需要较大连续空间的对象直接被移入老年代），经过一次Minor GC后，Eden和From中存活的对象被移入To区，然后这个To区成为下一次Minor GC的From区，继续扫描（由此可见，From区和To区时不断交替互相成为的，且这两区在任一时刻必有一区为空，所以每次新生代中可用的内存空间为整个新生代空间的90%（80%+10%））。以后对象每熬过一次Minor GC，对象的年龄 +1 岁，当年龄到某个值时（默认15岁），对象晋升到老年代。

注：当移入To区时如果To区空间不够用，就会将To区无法容纳的对象放入老年代，这一机制成为“分配担保”。

判断对象的是否需要回收

首先判断对象是否可用（有两种算法）：引用计数算法，可达性分析算法。

引用计数算法：给对象添加一个引用计数器，被引用一次则+1，当引用失效就-1，当计数器为0时该对象就是不可再被引用。（这种算法实现简单效率也高，但很难处理对象间相互循环引用的情况）。
可达性分析算法：在Java中，通过可达性分析算法来判断对象是否存活。
通过一系列称为 GC Roots 的对象作为起点，向下搜索，走过的路径称为引用链（Reference Chain），当有对象与GC Roots不可达时，该对象不可再被引用。
下图绿色对象为存货对象，红色对象为不可用对象。

注：当对象与GC Roots不可达时，也不意味着对象已经死亡了，真正宣布对象死亡还需要两次标记过程：1）第一次标记并筛选，筛选的条件为该对象是否有必要执行 finalize() 方法，若对象没有覆盖 finalize() 方法，或该方法已经被JVM调用过的，则认为没有必要执行 finalize() 方法，回收该对象；2）若该对象有必要执行 finalize() 方法，则该对象会被放入一个叫 F-Queue的队列中，并由JVM创建的 Finalizer 线程执行 finalize() 方法进行回收。

垃圾回收算法

垃圾回收算法分为三种：复制算法，标记—清除算法，标记—整理算法

复制算法
将可用内存划分为两块，每次只是用一半，当这一半的内存用完了，就把存活的对象复制到另一半上，然后把已使用的内存清理（由此也可验证From区与To区必有一区为空，因为一旦复制到To区，From区的内存就被清理了）。
标记—清除算法
标记出需要回收的对象，然后回收所有被标记的对象。这种方法会产生大量不连续的内存碎片。
标记—整理算法
标记—清除算法的改进版，在标记完后，先让存活的对象向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。这样就不会造成许多不连续的内存碎片了。

HotSpot采用分代收集算法，即新生代采用复制算法，老年代采用标记—整理算法。

垃圾收集器

垃圾收集器共分为7种：Serial收集器，ParNew收集器，Parallel Scavenge收集器，CMS收集器，Serial Old收集器，Parallel Old收集器，G1收集器。下图是它们搭配使用关系，有连线说明它们可以相互搭配使用。
《深入理解Java虚拟机》—— 堆的划分与垃圾回收

Serial收集器

仅使用一个线程完成垃圾回收，在垃圾回收时暂停其他所有线程（称为Stop The World），直到回收结束。
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ParNew收集器

Serial收集器的并发（多线程）版本。
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Parallel Scavenge收集器

与ParNew类似，不过Parallel Scavenge收集器关注的是CPU的吞吐量，而其他收集器关注的是如何缩短垃圾回收时用户线程的停顿时间（也就是缩短Stop The World的时间）。吞吐量 = 运行代码时间 / （运行代码时间 + 垃圾回收时间）。
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CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）

使用标记—清除算法，整个过程分为4步：初始标记，并发标记，重新标记，并发清除。（其中初始标记和重新标记会触发Stop The World）。

有3个缺点：1）对CPU资源非常敏感；2）无法处理“浮动垃圾”，可能会出现Concurrent Mode Failure（在并发清除时用户线程也在运行，自然就会同时产生新的垃圾，这些垃圾只能留在下次清理，称为“浮动垃圾”），所以并发清楚时需要预留一定内存空间（给“浮动垃圾”），若预留的空间无法满足程序需要，则发生Concurrent Mode Failure，启动后备预案，临时启用Serial Old收集器，导致有一次Major GC）；3）产生大量的内存碎片，这是标记—清除算法导致的。

Serial Old收集器

Serial收集器的老年代版本，除此之外还可作为CMS收集器发生Concurrent Mode Failure时的后备预案。

Parallel Old收集器

Parallel Scavenge收集器的老年代版本。
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G1收集器（Garbage-First）

整个过程分为4步：初始标记，并发标记，最终标记，筛选回收。
有以下4个特点：

并行与并发：可以并行执行以减少Stop The World的停顿时间，也可以并发的执行垃圾回收线程与用户线程。
分代收集：虽然保留了分代（新生代与老年代）概念，但G1将堆分为多个大小相等的独立区域（Region）。
空间整合：从整体上看是使用的标记—整理算法，实际上是两个Region之间的“复制”算法。
可预测的停顿：G1可以建立可预测的停顿时间模型是因为G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小，在后台维护了一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region，这也是G1名字中First（价值优先）的含义。

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