一、垃圾收集算法
1.1分代收集理论
分代收集理论建立在三个分代假说上：
- 弱分代假说：绝大多数的对象都是朝生夕灭
- 强分代假说：熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡
- 跨代引用假说：跨代引用相对于同代引用来说仅占极少数 ，因为存在相互引用的对象更倾向于同时生存或者同时消亡，比如说，某个新对象存在跨代引用，由于老年代难以消亡，该引用会使得新生代再收集的时候同样得以存活，进而年龄增长后进入老年代，这时跨代引用的关系随之被消除。
弱分代和强分代假说，共同奠定了多款垃圾收集器设计的一致的原则：收集器应该将JAVA堆分出不同的区域，然后将其回收的对象，按照垃圾回收过程中熬过的次数来划分年龄，并且分配到对应的区域中存储管理。比如说，堆里面的新生代，里面存储的对象基本都是朝生夕灭的对象，基本上new出来的对象都会放在新生代这里(如果创建的对象没有方法逃逸的话，亦或者不是特别大)。把它们几种放在一起，每次回收只关注如何保留少量的存活对象，而不是去标记那些大量将要被回收的对象，就能以较低代价回收到大量的空间。所以新生代大多数的垃圾收集器一般都是采用“标记-复制”的算法，简单来说就是在Monir GC的时候将Eden和S0区还存活的对象标记，并复制到S1区间，当然也有其他情况，在此不做展开。而对于那些难以消亡的对象，也把它们集中存放在一起，虚拟机便可以使用较低的频率来回收这个区域，这就同时兼顾了垃圾回收的时间开销和内存的空间有效利用，比如说老年代，熬过几次垃圾回收的对象会进入到老年代，当然这只是其中一种情况，具体不做展开了，老年代采用的垃圾回收算法一般是“标记-清除”。
把分代收集理论放到JVM堆里面，就是所谓“年轻代”、“老年代”。但是分代收集并非只是简单的划分一下内存区域那么简单，它至少存在一个明显的困难:对象不是孤立的，对象之间会存在跨代引用。
假如为了做一次年轻代的垃圾回收，但新生代里面完全有可能被老年代所引用的对象，为了找出该区域的对象，不得不在固定的GC Root之外，再额遍历整个老年代中所有的对象来确保可达性分析结果是正确，反过来老年代GC，也要遍历整个年轻代。这样无疑会给内存回收带来很大的性能负担，为了解决这个问题，便有了跨代引用的假说。
依据跨代假说，我们就不必为了少量的跨代对象 而去扫描整个老年代，只需要在新生代上建立一个全局的数据结构(记忆集)，这个结构把老年代划分成若干小块，表示出老年代的那一块内存会存在跨代引用。此后当发生Minor GC的时候，只有包含了跨代引用的小块内存里面的对象才会被加入到GC Root里面。虽然这种方法需要在对象改变引用关系的时候，去维护记录数据的正确性，会增加运行时的开销，但比起收集时扫描整个老年代来说，仍然比较划算。
1.2标记-清除算法
定义：
标记-清除算法分为两个阶段：首先，标记存活对象，即遍历所有GC Root,将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象;其次，统一回收所有未标记的对象。标记的过程属于垃圾判定的过程。
优点：执行速度快
缺点：容易产生较多的内存碎片，使得当需要分配较大的对象时，又不得不触发一次GC。
1.3标记-复制算法
定义：
为了解决标记-清除算法会产生内存碎片的问题，标记-复制算法，把可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只是用其中一块，当这一块的内存用完后，就将还存活的对象复制到另外一块上面，然后再将已使用过的内存一次性全部清理掉。如果内存中大多数对象都是存活着的话，这种算法会产生大量的内存间复制的开销，因此这种算法不适用于老年代的回收，更适合年轻代的垃圾回收。而将对象复制到另外一半内存的时候，按顺序分配即可，因此也不会有内存碎片化的问题。
优点：不会产生内存碎片化。
缺点：可用内存缩小为原来的一般。
1.4分代-整理算法
定义：
当对象的存活率比较高的话，如果继续使用标记-复制算法的话，效率将会降低。针对老年代对象存活的特征，提出了另外一种有针对性的“标记-整理”算法，其中标记过程和“标记-清除”算法一样，但是后续的步骤不是直接对可回收对象进行清理，而让所有存活的对象都想内存空间一端移动，按照内存地址依此排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们给内存对象分配内存时，JVM只需要持有一个对象的内存地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了很多开销，接着直接清理掉边界意外的内存。“标记-复制”于“标记-整理”本质差异在于前者是一种非移动式的回收算法，而后者是移动式的，是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策：
- 如果移动存活对象，尤其是老年代这种每次回收都有大量对象的区域，移动对象并更新所有引用这些对象的地方，将会是一种极为负重的操作，而且这种对象移动操作必须全程咱暂停用户引用程序才能进行，像这种停顿的操作被称为"Stop The World"，简称STW。
- 如果跟“标记-清除”一样，完全不考虑内存碎片的话，那便只能依赖更为复杂的内存分配器和内存访问器来解决。内存的访问是用户程序最频繁的操作，假如在这个环节上增加额外的负担，势必会直接影响应用程序的吞吐量。
基于以上两点，是否移动对象，都存在弊端，移动内存，则回收时会更复杂，不移动则内存分配会更复杂。从垃圾回收停顿的角度上来看，不移动对象停顿的时间更短，但是从整体程序的吞吐量来看，移动对象
吞吐量 = CPU在用户应用程序运行的时间 / （CPU在用户应用程序运行的时间 + CPU垃圾回收的时间）
会更划算。虽然移动对象，会增加内存回收的时长，吞吐量的下降，但是和不移动对象相比，因内存分配和访问要比垃圾收集频率高很多，所以导致吞吐量收到的影响会比移动对象更大。
另外还有一种兼顾的方法，可以不在内存分配和访问上增加太大额外负担，做法是让虚拟机平时大多数时间采用“标记就-清除”算法，暂时容忍内存碎片化的存在，直到内存空间的碎片化程度已经大到影响对象分配时，再采用“标记-整理”算法收集一次，以获得规整的内存空间。CMS收集器面临空间碎片化过多的时候，采用的就是这种处理办法。
优点：1.消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。2.消除了标记-清除算法当中，内存区域分散的缺点，我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，即分配内存很快，只需要将指针移动到下一块连续的空闲区域地址。如果是分散的内存，可能还需要，一张列表用来记录被占用的地址值。
缺点：1.从效率上来说，标记-整理算法要低于复制算法；2.移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址。3.移动过程中，需要全程暂停用户应用程序，即：STW。
