一、什么是GC
GC是jvm的垃圾回收，垃圾回收的規律和原則為： 次數上頻繁收集新生區（Young） 次數上較少收集養老區(Old) 基本上不動永久區(Perm)二、GC算法（分代收集算法）
GC總共有四大算法，分別是：
①引用計數法
②復制算法(Copying)
③標記清除(Mark-Sweep)
④標記壓縮(Mark-Compact)
⑤標記清除壓縮(Mark-Sweep-Compact)
1.1 引用計數法
1.2 復制算法(Copying)
復制算法主要用在新生代中。
1.2.1 復制算法原理
Minor GC會把Eden中的所有活的對象都移到Survivor區域中，如果Survivor區中放不下，那么剩下的活的對象就被移到Old generation中，也即一旦收集后，Eden是就變成空的了。
當對象在 Eden ( 包括一個 Survivor 區域，這里假設是 from 區域 ) 出生后，在經過一次 Minor GC 后，如果對象還存活，並且能夠被另外一塊 Survivor 區域所容納( 上面已經假設為 from 區域，這里應為 to 區域，即 to 區域有足夠的內存空間來存儲 Eden 和 from 區域中存活的對象 )，則使用復制算法將這些仍然還存活的對象復制到另外一塊 Survivor 區域 ( 即 to 區域 ) 中，然后清理所使用過的 Eden 以及 Survivor 區域 ( 即 from 區域 )，並且將這些對象的年齡設置為1，以后對象在 Survivor 區每熬過一次 Minor GC，就將對象的年齡 + 1，當對象的年齡達到某個值時 ( 默認是 15 歲，通過-XX:MaxTenuringThreshold 來設定參數)，這些對象就會成為老年代。
復制必交換，誰空誰為to
年輕代中的GC,主要是復制算法（Copying）
1.2.1 復制算法優缺點
HotSpot JVM把年輕代分為了三部分：1個Eden區和2個Survivor區（分別叫from和to）。默認比例為8:1:1。
一般情況下，新創建的對象都會被分配到Eden區(一些大對象特殊處理),這些對象經過第一次Minor GC后，如果仍然存活，將會被移到Survivor區。
對象在Survivor區中每熬過一次Minor GC，年齡就會增加1歲，當它的年齡增加到一定程度時，就會被移動到年老代中。因為年輕代中的對象基本都是朝生夕死的(90%以上)，所以在年輕代的垃圾回收算法使用的是復制算法，復制算法的基本思想就是將內存分為兩塊，每次只用其中一塊，當這一塊內存用完，就將還活着的對象復制到另外一塊上面。復制算法不會產生內存碎片。
復制算法它的缺點也是相當明顯的。
1、它浪費了一半的內存，這太要命了。
2、如果對象的存活率很高，我們可以極端一點，假設是100%存活，那么我們需要將所有對象都復制一遍，並將所有引用地址重置一遍。復制這一工作所花費的時間，在對象存活率達到一定程度時，將會變的不可忽視。 所以從以上描述不難看出，復制算法要想使用，最起碼對象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我們必須要克服50%內存的浪費。
1.3 標記清除(Mark-Sweep)算法
養老代一般是由標記清除或者是標記清除與標記整理的混合實現
1.3.1 標記清除算法原理
當堆中的有效內存空間（available memory）被耗盡的時候，就會停止整個程序（也被稱為stop the world），然后進行兩項工作，第一項則是標記，第二項則是清除。
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標記：從引用根節點開始標記所有被引用的對象。標記的過程其實就是遍歷所有的GC Roots，然后將所有GC Roots可達的對象標記為存活的對象。
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清除：遍歷整個堆，把未標記的對象清除。
缺點：此算法需要暫停整個應用，會產生內存碎片
用通俗的話解釋一下標記/清除算法，就是當程序運行期間，若可以使用的內存被耗盡的時候，GC線程就會被觸發並將程序暫停，隨后將依舊存活的對象標記一遍，最終再將堆中所有沒被標記的對象全部清除掉，接下來便讓程序恢復運行。
1.3.2 標記清除算法優缺點：
- 缺點
1、首先，它的缺點就是效率比較低（遞歸與全堆對象遍歷），而且在進行GC的時候，需要停止應用程序，這會導致用戶體驗非常差勁
2、其次，主要的缺點則是這種方式清理出來的空閑內存是不連續的(內存碎片)，這點不難理解，我們的死亡對象都是隨即的出現在內存的各個角落的，現在把它們清除之后，內存的布局自然會亂七八糟。而為了應付這一點，JVM就不得不維持一個內存的空閑列表，這又是一種開銷。而且在分配數組對象的時候，尋找連續的內存空間會不太好找。
- 優點
不需要雙倍的內存空間。
1.4 標記壓縮(Mark-Compact)
養老代一般是由標記清除或者是標記清除與標記整理的混合實現
1.4.1 標記壓縮算法原理
在整理壓縮階段，不再對標記的對象做回收，而是通過所有存活對象都向一端移動，然后直接清除邊界以外的內存。
可以看到，標記的存活對象將會被整理，按照內存地址依次排列，而未被標記的內存會被清理掉。如此一來，當我們需要給新對象分配內存時，JVM只需要持有一個內存的起始地址即可，這比維護一個空閑列表顯然少了許多開銷。
1.4.2 標記清除算法優缺點
- 優點
- 缺點
標記/整理算法唯一的缺點就是效率也不高，不僅要標記所有存活對象，還要整理所有存活對象的引用地址。從效率上來說，標記/整理算法要低於復制算法。
1.5 標記清除壓縮(Mark-Sweep-Compact)
1.5.1 標記清除壓縮算法原理
標記清除壓縮算法就是將標記清除算法與標記壓縮算法結合起來。
三、總結
3.1 各個算法對比
內存效率：復制算法>標記清除算法>標記整理算法（此處的效率只是簡單的對比時間復雜度，實際情況不一定如此）。
內存整齊度：復制算法=標記整理算法>標記清除算法。
內存利用率：標記整理算法=標記清除算法>復制算法。
可以看出，效率上來說，復制算法是當之無愧的老大，但是卻浪費了太多內存，而為了盡量兼顧上面所提到的三個指標，標記/整理算法相對來說更平滑一些，但效率上依然不盡如人意，它比復制算法多了一個標記的階段，又比標記/清除多了一個整理內存的過程。
所以針對不同的垃圾回收的算法的不同的特點，所以針對jvm堆中不同的區采用不同的算法，即分代收集算法。
3.2 不同分區的不同算法
- 年輕代(Young Gen)
年輕代特點是區域相對老年代較小，對象存活率低。
這種情況復制算法的回收整理，速度是最快的。復制算法的效率只和當前存活對象大小有關，因而很適用於年輕代的回收。而復制算法內存利用率不高的問題，通過hotspot中的兩個survivor的設計得到緩解。
- 老年代(Tenure Gen)
老年代的特點是區域較大，對象存活率高。
這種情況，存在大量存活率高的對象，復制算法明顯變得不合適。一般是由標記清除或者是標記清除與標記整理的混合實現。
Mark階段的開銷與存活對象的數量成正比，這點上說來，對於老年代，標記清除或者標記整理有一些不符，但可以通過多核/線程利用，對並發、並行的形式提標記效率。
Sweep階段的開銷與所管理區域的大小形狀相關，但Sweep“就地處決”的特點，回收的過程沒有對象的移動。使其相對其它有對象移動步驟的回收算法，仍然是效率最好的。但是需要解決內存碎片問題。
Compact階段的開銷與存活對象的數據成開比，如上一條所描述，對於大量對象的移動是很大開銷的，做為老年代的第一選擇並不合適。
基於上面的考慮，老年代一般是由**標記清除**或者是**標記清除**與 **標記整理** 的混合實現。以hotspot中的CMS回收器為例，CMS是基於Mark-Sweep實現的，對於對象的回收效率很高，而對於碎片問題，CMS采用基於Mark-Compact算法的Serial Old回收器做為補償措施：當內存回收不佳（碎片導致的Concurrent Mode Failure時），將采用Serial Old執行Full GC以達到對老年代內存的整理。