前文如上：
39.【面试宝典】面试宝典-redis过期k值回收策略，缓存淘汰策略
合集参考：面试宝典
上回书说到，JVM堆对象分新生代，老年代。其中堆内的垃圾回收也是基于分代收集算法实现的。在新生代标记复制，老年代标记清理。这个也是根据这几个内存区域的特点优化的。
首先，说到JVM垃圾回收，那么哪些对象会被当作垃圾回收掉呢？这个就先看看垃圾回收的判断算法。
1.垃圾判断算法
（1）引用计数法:给每个对象添加一个计数器，当有地方引用该对象时计数器加1，当引用失效时计数器减 1。用对象计数器是否为0来判断对象是否可被回收。 缺点：无法解决循环引用的问题。
（2）可达性分析算法:通过GC ROOT的对象作为搜索起始点，通过引用向下搜索，所走过的路径称为引用链。通过对象是否有到达引用链的路径来判断对象是否可被回收（可作为GC ROOT的对象：虚拟机栈中引用的对象，方法区中类静态属性引用的对象，方法区中常量引用的对象，本地方法栈中JNI引用的对象）
说完垃圾回收的判断算法，接下来就该总结一下，垃圾到底是基于什么算法回收的呢？
2.垃圾回收算法
（1）标记-清除算法
通过名字其实就可以看出来，这个算法就是“标记垃圾”和“清除垃圾”。标记清除算法（Mark-Sweep）是最基础的一种垃圾回收算法，它分为2部分，先把内存区域中的这些对象进行标记，哪些属于可回收标记出来，然后把这些垃圾拎出来清理掉。就像上图一样，清理掉的垃圾就变成未使用的内存区域，等待被再次使用。但它存在一个很大的问题，那就是内存碎片。 我们在开辟内存空间时，需要的是连续的内存区域。而大量内存碎片的产生，会让我们有这些空间也用不了，因为塞不下，就造成了资源浪费。
（2）复制算法
通过名字可以看出，这个算法的核心就是“复制”。复制算法（Copying）是在标记清除算法基础上演化而来，解决标记清除算法的内存碎片问题。它将可 用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着 的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。保证了内存的连续可用，内存 分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况。但是复制算法暴露了另一个问题，就是空间只能利用一半，代价实在太高。
（3）标记-整理算法
通过名字其实就可以看出来，这个算法就是“标记垃圾”和“清除完了再整理垃圾”。标记-整理算法标记过程仍然与标记-清除算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，再清理掉端边界以外的内存区域。标记整理算法解决了内存碎片的问题，也规避了复制算法只能利用一半内存区域的弊端。但是标记整理算法对内存变动更频繁，需要整理所有存活对象的引用地址，所以在效率上比复制算法要差很多。
一般是把Java 堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
（4）分代收集算法
分代收集算法严格来说并不是一种思想或理论，而是融合上述3种基础的算法思想，而产生的针对不同情况所采用不同算法的一套组合拳，根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。
在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要 付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
在老年代中，因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用标记-清理算法或者标记-整理算法来进行回收。
3.垃圾回收器
说到上面的垃圾回收算法，那么这些算法是通过什么方式用的呢？答案就是垃圾回收器。 根据各个年代的情况，组合如下：
新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
老年代收集器：CMS、Serial Old、Parallel Old
整堆收集器：G1
（1）Serial 收集器
Serial收集器是最基本的、发展历史最悠久的收集器。
特点：单线程、简单高效（与其他收集器的单线程相比），对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程手机效率。收集器进行垃圾回收时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它结束（Stop The World）。
应用场景：适用于Client模式下的虚拟机。
（2）ParNew收集器
ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。
除了使用多线程外其余行为均和Serial收集器一模一样（参数控制、收集算法、Stop The World、对象 分配规则、回收策略等）。
特点：多线程、ParNew收集器默认开启的收集线程数与CPU的数量相同，在CPU非常多的环境中，可 以使用-XX:ParallelGCThreads参数来限制垃圾收集的线程数。和Serial收集器一样存在Stop The World问题
应用场景：ParNew收集器是许多运行在Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器，因为它是除了 Serial收集器外，唯一一个能与CMS收集器配合工作的。
ParNew/Serial Old组合收集器运行示意图如下：
（3）Parallel Scavenge 收集器
与吞吐量关系密切，故也称为吞吐量优先收集器。
特点：属于新生代收集器也是采用复制算法的收集器，又是并行的多线程收集器（与ParNew收集器类 似）。该收集器的目标是达到一个可控制的吞吐量。还有一个值得关注的点是：GC自适应调节策略（与 ParNew收集器最重要的一个区别） GC自适应调节策略：Parallel Scavenge收集器可设置-XX:+UseAdptiveSizePolicy参数。当开关打开时 不需要手动指定新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比例（-XX:SurvivorRation）、晋升老年代的对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等，虚拟机会根据系统的运行状况收集性能监控信息， 动态设置这些参数以提供最优的停顿时间和最高的吞吐量，这种调节方式称为GC的自适应调节策略。Parallel Scavenge收集器使用两个参数控制吞吐量：XX:MaxGCPauseMillis 控制最大的垃圾收集停顿时间 XX:GCRatio 直接设置吞吐量的大小。
（4）Serial Old 收集器
Serial Old 收集器 Serial Old是Serial收集器的老年代版本。
特点：同样是单线程收集器，采用标记-整理算法。
应用场景：主要也是使用在Client模式下的虚拟机中。也可在Server模式下使用。
Server模式下主要的两大用途 1. 在JDK1.5以及以前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用. 2. 作为CMS收集器的后备方案，在并发收集Concurent Mode Failure时使用。 ************
（5）Parallel Old 收集器
是Parallel Scavenge收集器的老年代版本。
特点：多线程， 采用标记-整理算法。
应用场景：注重高吞吐量以及CPU资源敏感的场合，都可以优先考虑Parallel Scavenge+Parallel Old 收集器。
Parallel Scavenge/Parallel Old收集器工作过程图：
（6）CMS收集器
我们知道，上面的几种垃圾回收器，再回收期间，会Stop the world 。而CMS收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。 （初始标记和重复标记阶段stop the world,并发标记和并发清除阶段不用）
特点：基于标记-清除算法实现。并发收集、低停顿。
应用场景：适用于注重服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，给用户带来更好的体验等场景下。如 web程序、b/s服务。
CMS收集器的运行过程分为下列4步：
初始标记：标记GC Roots能直接到的对象。速度很快但是仍存在Stop The World问题。
并发标记：进行GC Roots Tracing 的过程，找出存活对象且用户线程可并发执行。
重新标记：为了修正并发标记期间因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记 录。仍然存在Stop The World问题。
并发清除：对标记的对象进行清除回收。CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的。
CMS收集器的缺点：
对CPU资源非常敏感。
无法处理浮动垃圾，可能出现Concurrent Model Failure失败而导致另一次Full GC的产生。
因为采用标记-清除算法所以会存在空间碎片的问题，导致大对象无法分配空间，不得不提前触发 一次Full GC。
（7）G1收集器
一款面向服务端应用的垃圾收集器。
原理：
G1收集器将整个堆划分为多个大小相等的Region
G1跟踪各个region里面的垃圾堆积的价值(回收后所获得的空间大小以及回收所需时间长短的经验值)，在后台维护一张优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的region，这种思路：在指定的时间内，扫描部分最有价值的region(而不是扫描整个堆内存)，并回收，做到尽可能的在有限的时间内获取尽可能高的收集效率。
特点如下：
并行与并发：G1能充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个CPU来缩短Stop-The-World停 顿时间。部分收集器原本需要停顿Java线程来执行GC动作，G1收集器仍然可以通过并发的方式让Java 程序继续运行。
分代收集：G1能够独自管理整个Java堆，并且采用不同的方式去处理新创建的对象和已经存活了一段时间、熬过多次GC的旧对象以获取更好的收集效果。
空间整合：G1运作期间不会产生空间碎片，收集后能提供规整的可用内存。
可预测的停顿：G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型。能让使用者明确指定在一个长 度为M毫秒的时间段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒。
G1为什么能建立可预测的停顿时间模型？ （Region机制）
因为它有计划的避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的大小，在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。这样就保证了 在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。
G1与其他收集器的区别：其他收集器的工作范围是整个新生代或者老年代、G1收集器的工作范围是整个Java堆。在使用G1收集器时，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region）。虽然也保留了新生代、老年代的概念，但新生代和老年代不再是相互隔离的，他们都是一部分Region（不需要连续）的集合。
G1收集器存在的问题：Region不可能是孤立的，分配在Region中的对象可以与Java堆中的任意对象发生引用关系。在采用可达性分析算法来判断对象是否存活时，得扫描整个Java堆才能保证准确性。其他收集器也存在这种问题 （G1更加突出而已）。会导致Minor GC效率下降。
G1收集器是如何解决上述问题的？
采用Remembered Set来避免整堆扫描。G1中每个Region都有一个与之对应的Remembered Set，虚拟机发现程序在对Reference类型进行写操作时，会产生一个Write Barrier暂时中断写操作，检查 Reference引用对象是否处于多个Region中（即检查老年代中是否引用了新生代中的对象），如果是， 便通过CardTable把相关引用信息记录到被引用对象所属的Region的Remembered Set中。当进行内存回收时，在GC根节点的枚举范围中加入Remembered Set即可保证不对全堆进行扫描也不会有遗漏。（有点像索引，或者map的key set）
如果不计算维护 Remembered Set 的操作，G1收集器大致可分为如下步骤：(stop the world和CMS有点像，初始标记和最终标记阶段会stop the world,可以看示意图)
初始标记：仅标记GC Roots能直接到的对象，并且修改TAMS（Next Top at Mark Start）的值，让下一 阶段用户程序并发运行时，能在正确可用的Region中创建新对象。（需要线程停顿，但耗时很短。）
并发标记：从GC Roots开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活对象。（耗时较长，但可与用户程序 并发执行）
最终标记：为了修正在并发标记期间因用户程序执行而导致标记产生变化的那一部分标记记录。且对象 的变化记录在线程Remembered Set Logs里面，把Remembered Set Logs里面的数据合并到 Remembered Set中。（需要线程停顿，但可并行执行。）
筛选回收：对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划。（可并发执行）
G1收集器运行示意图
公众号，感谢关注
