1.作用
用來替代手工內存管理，減輕程序員的負擔，減少出錯的概率。
垃圾收集器要處理的基本問題是：
- 那些對象需要回收？
- 何時回收這些對象？
- 如何回收這些對象？
2.垃圾回收算法與思想
1.引用計數法（Reference Counting）
對於一個對象A，只要有任何一個對象引用了A，則A的引用計數器就加1,當引用失效時，引用計數器就減一。只要對象A的引用計數器的值爲0，則對象A就不可能再被使用。
引用計數器無法處理循環引用的情況，因此，Java的垃圾回收器中，沒有使用這種算法。
2. 標記-清除算法（Mark-Sweep）
說明：標記-清除算法是現代垃圾回收算法的思想基礎。將垃圾回收分爲兩個階段：標記階段和清除階段。在標記階段，首先通過根節點，標記所有從根節點開始的可達對象。因此，未被標記的對象就是未被引用的垃圾對象。然後在清除階段，清除所有未被標記的對象。
缺點：標記-清除算法可能產生的最大問題就是空間碎片。垃圾回收後的空間是不連續的。在對象的堆空間分配過程中，尤其是大對象的內存分配，不連續的內存空間的工作效率要低於連續的空間，這也是該算法的最大缺點。
3.複製算法（Copying）
- 說明：與標記-清除算法相比，複製算法是一種相對高效的回收方法。將原有的內存空間分爲兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時，將正在使用的內存中的存活對象複製到未使用的內存塊中，之後，清除正在使用的內存塊中的所有對象，交換兩個內存的角色，完成垃圾回收。
- 優點：如果系統中的垃圾對象很對，複製算法需要複製的存活對象數量並不會太大。因此，在真正需要垃圾回收的時刻，複製算法的效率是很高的。又由於對象是在垃圾回收過程中統一被複制到新的內存空間中，因此，可確保回收後的內存空間是沒有碎片的。
- 缺點：複製算法的代價缺點是將系統內存摺半，所以單純的複製算法也很難讓人接受。
- 注意：複製算法比較適用於新生代，因爲在新生代，垃圾對象通常會多餘存活對象，複製算法的效果會比較好。
4.標記-壓縮算法（Mark-Compact）
- 說明：標記-壓縮算法是一種老年代的回收算法，它在標記-清除算法的基礎上做了一些優化。和標記-清除算法一樣，標記-壓縮算法也首先需要從根節點開始，對所有可達對象做一次標記。但之後，它並不簡單地清理未標記的對象，而是將所有的存活對象壓縮到內存的一端。之後，清理邊界外所有的空間。
- 優點：既避免了碎片的產生，又不需要兩塊相同的內存空間，因此其性價比較高。
- 缺點：
- 注意：
5.增量算法（Incremental Collecting）
- 說明：對大部分垃圾回收算法而言，在垃圾回收過程中，應用軟件將處於一種Stop the World的狀態。在Stop the World狀態下，應用程序所有的線程都會掛起，暫停一切正常的工作，等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收時間很長，將嚴重影響用戶體驗或者系統的穩定性。
增量算法的基本思想是，如果一次性將所有的垃圾進行處理，需要造成系統長時間的停頓，那麼就可以讓垃圾收集線程和應用程序線程交替執行。每次，垃圾手機現場只收集一小片區域的內存空阿金，接着切換到應用程序線程。以此反覆，直到垃圾收集完成。 - 優點：由於在垃圾回收的過程中，間斷性地還執行了應用程序代碼，所以能減少系統的停頓時間。
- 缺點：因爲線程切換和上下文轉換的消耗，會使得垃圾回收的總體成本上升，造成系統吞吐量的下降。
6.分代（Generational Collecting）
- 說明：根據垃圾回收對象的特性，使用合適的算法回收，纔是明智的選擇。將內存區間根據對象的特點分成幾塊，根據每塊內存區間的特點，使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。
如：![]()
3.垃圾收集器的類型
4.評價GC策略的指標
- 吞吐量：指在應用程序的什麼週期內，應用程序所花費的時間和系統的總運行時間的比值。系統總運行時間=應用程序耗時+GC耗時。
- 垃圾回收器負載：和吞吐量相反，垃圾回收期負載指垃圾回收器耗時與系統運行總時間的比值。
- 停頓時間：指垃圾回收器正在運行時，應用程序的暫停時間。對於獨佔回收器而言，停頓時間可能會比較長。使用併發的回收器時，由於垃圾回收和應用程序交替運行，程序的停頓時間會變短，但是由於其效率很可能不如獨佔垃圾回收器，股系統的吞吐量可能會較低。
- 垃圾回收頻率：指垃圾回收器多長時間會運行一次。一般來說，對於固定的應用而言，垃圾回收器的評率應該是越低越好。通常增大堆空間可以有效降低垃圾回收發生的評率，但是可能會增加回收產生的停頓時間。
- 反應時間：指當一個對象稱爲垃圾後，多長商檢內，它所佔據的內存空間會被釋放。
- 堆分配：不同的垃圾回收器對堆內存的分配方式可能是不同的。一個良好的垃圾收集器應該有一個合理的堆內存區間劃分。
5.新生代串行收集器
- 說明：串行收集器是所有垃圾收集器中最古老的一種，也是JDK種最基本的垃圾收集器之一。串行收集器主要有兩個特點：第一，它僅僅使用單線程進行垃圾回收；第二，它是獨佔式的垃圾回收。
- 使用場景：在諸如單CPU處理器或者較小的應用內存等硬件平臺不是特別優越的場合，它的性能表現可以超過並行回收器和併發回收器。
- 使用方式：-XX:+UseSerialGC
6.老年代串行收集器
- 說明：老年代串行收集器使用的是標記-壓縮算法。和新生代串行收集器一樣，它也是一個串行的、獨佔式的垃圾回收器。由於老年代垃圾回收通常會使用比新生代垃圾回收更長的時間。因此，在堆空間較大的應用程序中，一旦老年代串行收集器啓動，應用程序很可能會因此停頓幾秒甚至更長時間。
- 使用方式： -XX:+UseSerialGC：新生代、老年代都使用串行回收器。
-XX:+UseParNewGC：新生代使用並行收集器，老年代使用串行收集器。
-XX:+UseParallelGC：新生代使用並行回收收集器，老年代使用串行收集器。
7.並行收集器
- 說明：並行收集器是工作在新生代的垃圾收集器，它只是簡單地將串行回收器多線程化。並行回收器也是獨佔式的回收器，在收集過程中，應用程序會全部暫停。但由於並行回收器使用多線程進行垃圾回收，因此，在併發能力比較強的CPU上，它產生的停頓時間要短於串行回收器，而在單CPU或者併發能力較弱的系統中，並行回收器的效果不會比串行回收器好。由於多線程的壓力，它的實際表現很可能比串行回收器差。
- 使用方式：-XX:+UseParNewGC：新生代使用並行收集器，老年代使用串行收集器。
-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用並行收集器，老年代使用CMS。
-XX:ParallelGCThreads:一般最好與CPU數量相當，避免過多的線程數，影響垃圾收集性能。（默認情況下，CPU數量小於8個時，該值等於CPU的數量；當CPU數量大於8個時，該值等於3+[(5*CPU_Count)/8]）。
8.新生代並行回收（Parallel Scavenge）收集器
- 說明：新生代並行回收收集器也是使用複製算法的收集器。它和並行收集器一樣，都是多線程、獨佔式的收集器。
- 特點：它非常關注系統的吞吐量。
- 使用方式：-XX:+UseParallelGC：新生代使用並行回收收集器，老年代使用串行收集器。
-XX:+UseParallelOldGC：新生代和老年代都使用並行回收收集器。
-XX:MaxGCPauseMillis：設置最大垃圾收集停頓時間，它的值是一個大於0的整數。收集器在工作是，會調整Java堆大小或者其他一些參數，儘可能地把停頓時間控制在MaxGCPauseMillis以內。如果希望減少停頓時間，而把這個值設置得很小，爲了達到預期的停頓時間，JVM可能會使用一個較小的堆，而這將導致垃圾回收變得很頻繁，從而增加了垃圾回收總時間，降低了吞吐量。
-XX:GCTimeRatio：設置吞吐量大小，它的值是一個0~100之間的整數。假設GCTimeRatio的值爲n，那麼系統將花費不超過1/(1+n)的時間用於垃圾收集。比如GCTimeRatio等於19（默認值），則系統用於垃圾收集的時間不超過1/(1+19)=5%。默認情況下，它的取值是99，即不超過1%的時間用於垃圾回收。 - 不同點：並行回收收集器與並行收集器比較，它支持一種自適應的GC調節策略。
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 可以打開自適應GC策略。在這種模式下，新生代的大小、eden和survivor的比例、晉升老年代的對象年齡等參數會被自動調節，以達到在堆大小、吞吐量和停頓時間之間的平衡點。在手工調優比較困難的場合，可以僅指定虛擬機的最大堆、目標的吞吐量、和停頓時間，讓虛擬機自己完成調優工作。
9.老年代並行回收收集器
- 說明：老年代的並行回收收集器也是一種多線程併發的收集器。和新生代並行回收收集器一樣，它也是一種關注吞吐量的收集器。老年代並行回收收集器使用標記-壓縮算法，它在JDK1.6中才可使用。
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- 使用方式：-XX:ParallelOldGC 可以在新生代和老年代都使用並行回收收集器。
-XX:ParallelGCThreads 用於設置垃圾回收時的線程數量。 - 特點：這是一對非常關注吞吐量的垃圾收集器組合，在對吞吐量敏感的系統中，可以考慮使用。
10.CMS收集器
- 說明：與並行回收收集器不同，CMS收集器主要關注與系統停頓時間。CMS是Concurrent Mark Sweep的縮寫，意爲併發標記清除。它使用的是標記-清除算法，同時它又是一個使用多線程並行回收的垃圾收集器。
- 工作過程：主要步驟有：初始標記、併發標記、重新標記、併發清除和併發重置。其中初始標記和重新標記是獨佔系統資源，而併發標記、併發清除和併發重置是可以和用戶線程一起執行。因此，從整體上來說，CMS收集不是獨佔式的，它可以在應用程序運行過程中進行來及回收。
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根據標記-清除算法，初始標記、併發標記和重新標記都是爲了標記處需要回收的對象。併發清理，則是在標記完成後，正式回收垃圾對象；併發重置是指在垃圾回收完成後，重新初始化CMS數據結構和數據，爲下一次垃圾回收做好準備。併發標記、併發清理和併發重置都是可以和應用程序線程一起執行的。
CMS收集器在其主要的工作階段雖然沒有暴力地徹底暫停應用程序線程，但是由於它和應用程序線程併發執行，相互搶佔CPU，故在CMS執行期內對應用程序吞吐量將造成一定影響。CMS默認啓動的線程數是(ParallelGCThreads+3)/4，ParallelGCThreads是新生代並行收集器的線程數，也可以通過 -XX:ParallelCMSThreads參數手工設置CMS的線程數量。當CPU資源比較緊張時，受到CMS收集器線程的影響，影響系統的性能在垃圾回收階段可能會非常糟糕。
缺點：由於CMS收集器不是獨佔式的回收器，在CMS回收過程中，應用程序仍然在不停地工作。在工作過程中，又會不斷地產生垃圾。這些新生產的垃圾在當前CMS回收過程中是無法清除的。同時，因爲應用程序沒有中斷，故在CMS回收過程中，還應該確保有足夠的內存可用。因此，CMS收集器不會等待堆內存飽和時才進行垃圾回收，而是當堆內存使用率達到某一閾值時，便開始進行回收。這個回收閾值可以使用 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction來指定。默認是68.即當老年代的空間使用率達到68%時，會執行一次CMS回收。如果應用程序的內存使用率增長很快，在CMS的執行過程中，已經出現了內存不足的情況，此時，CMS回收就會失敗，JVM將啓動老年代串行收集器進行垃圾回收。如果這樣，應用程序將完全中斷，直到垃圾收完成，這時，應用程序的停頓時間可能很長。 - 使用方式：-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 如果內存增長緩慢，則可以設置一個稍大的值，大的閾值可以有效降低CMS的除法頻率，減少老年代回收的次數可以較爲明顯地改善應用程序性能。反之，如果應用程序內存使用率增長很快，則應該降低這個閾值，以避免頻繁觸發老年代串行收集器。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 開關可以使CMS在垃圾回收完成後，進行一次內存碎片整理。內存碎片整理不是併發進行的。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 指定多少次CMS回收後，進行一次內存壓縮。
11.G1收集器（Garbage First）
- 說明：G1收集器在JDK1.6_Update14中提供了早期預覽版，並伴隨JDK7發佈。G1收集器的目標是作爲一款服務端的垃圾收集器，因此，它在吞吐量和停頓控制上，預期要優於CMS收集器。該收集器是基於標記-壓縮算法。
- 優點：1.不會產生空間碎片。2.不需要進行獨佔式的碎片整理。3.可以進行非常精準的停頓控制。在指定長度爲M的時間段中，垃圾回收時間不超過N。
- 使用方式：-XX:+UnlockExperimentalVMOptions
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=50
-XX:GCPauseIntervalMillis=200 意爲在200ms內，停頓時間不超過50ms。這兩個參數是GL回收器的目標，但並不保證能執行它們。
12.總結
1.與串行回收器相關的參數
-XX:UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器。
-XX:SurvivorRatio：設置eden區大小和survivor區大小的比例。
-XX:PretenureSizeThreshold：設置大對象直接進入老年代的閾值。當對象的大小超過這個值時，直接在老年代分配。
-XX:MaxTenuringThreshold：設置對象進入老年代的年齡的最大值。每一次Minor GC後，對象的年齡就加一，任何大於這個年齡的對象，一定會進入老年代。
2.與並行GC相關的參數
-XX:+UseParNewGC 在新生代使用並行收集器
-XX:+UseParallelOldGC 老年代使用並行回收收集器
-XX:ParallelGCThreads 設置用於垃圾回收的線程數。通常情況下可以和CPU數量相等。但在CPU數量比較多的情況下，設置相對較小的數值也是合理的。
-XX:MaxGCPauseMillis 設置最大垃圾收集停頓時間。它的值是一個大於0的整數。收集器在工作時，會調整Java堆大小或者其他一些參數，儘可能地把停頓時間控制在MaxGCPauseMillis以內。
-XX:GCTimeRatio 設置吞吐量大小，它的值是一個0~100之間的整數。假設GCTimeRatio的值爲n，那麼系統將花費不超過1/(1+n)的時間用於垃圾回收。
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 打開自適應GC策略。新生代的大小、eden和survivor的比例、晉升老年代的對象年齡等參數會被自動調整，已達到在堆大小、吞吐量和停頓時間之間的平衡點。
3.與CMS回收器相關的參數
-XX:+UseConcMarkSweepGC 新生代使用並行收集器，老年代使用CMS+串行收集器。
-XX:ParallelCMSThreads 設置CMS的線程數量。
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 設置CMS收集器在老年代空間被使用多少後觸發，默認68%。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 設置CMS收集器在完成垃圾收集後是否進行一次碎片整理。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 設定多少次CMS垃圾回收後進行一次內存壓縮。
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled 允許對類元數據進行回收。
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled 啓用並行重標記。
-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction 當永久區佔用率達到這一百分比時，啓動CMS回收（前提是 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled激活了）。
-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly 表示只在到達閾值的時候，才進行CMS回收。
-XX:CMSIncrementalMode 使用增量模式，比較適合單CPU。
4.與G1回收器相關的參數
-XX:+UseG1GC 使用G1回收器。
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions 允許使用實驗性參數。
-XX:MaxGCPauseMillis 設置最大垃圾收集停頓時間。
-XX:GCPauseIntervalMillis 設置停頓時間間隔。
5.其他參數
-XX:+DisableExplicitGC 禁用顯示GC。
-XX:MinHeapFreeRatio 設置堆空間最小空閒比例，默認是40，當堆空間的空閒內存小於這個數值時，JVM便會擴展堆空間。
-XX:MaxHeapFreeRatio 設置堆空間的最大空閒比例，默認是70。當堆空間的空閒內存大於這個數值時，便會壓縮堆空間，得到一個較小的堆。（當-Xms和-Xmx相等時，-XX:MinHeapFreeRatio和-XX:MaxHeapFreeRatio是無效的）
-XX:LargePageSizeInBytes 設置大頁的大小。
-XX:TargetSurvivorRatio 設置survivor區的可使用率。這裏設置爲90%，則允許90%的survivor空間被使用。默認值是50%。故該設置提高了survivor區的使用率。當存放的對象超過這個百分比，則對象會向老年代壓縮。因此，這個選項更有助於將對象留在新生代。