整体结构：

 

1.Serial收集器

（-XX:+UseSerialGC 复制算法）

1.是一个单线程收集器，只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作

2.进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直至Serial收集器收集结束为止（“Stop The World”)

3.是HotSpot虚拟机运行在Client模式下的默认的新生代收集器

4.与其他收集器的单线程相比更加简单高效，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，因此可以获得更高的单线程收集效率

 

2. ParNew收集器

（-XX:+UseParNewGC 复制算法）

1.ParNew收集器就是Serial收集器的多线程版本，它是一个新生代收集器

2.除了使用多线程进行垃圾收集外，其余行为与Serial收集器完全相同，是许多运行在Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器。目前只有它能与CMS收集器(老年代收集器)配合工作

3.ParNew在单cpu下性能比Serial差，但在多cpu下好，其默认开启与cpu数量相同的线程来进行垃圾收集

 

3.Parallel 收集器

（-XX:+UseParallelGC 复制算法）

（-XX:+UseParallelOldGC 标记-整理算法）

1.Parallel Scavenge收集器也是一个并行的多线程新生代收集器

2.用复制算法,目的是为了达到一个可控制的吞吐量

 

1.Parallel Old收集器是用在老年代的收集器，使用标记整理算法

吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值：吞吐量=运行用户代码的时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间）

 

4. CMS收集器

（-XX:+UseConcMarkSweepGC 标记-清除算法）

概述：

CMS，全称Concurrent Mark and Sweep，用于对年老代进行回收，目标是尽量减少应用的暂停时间，减少full gc发生的机率，利用和应用程序线程并发的垃圾回收线程来标记清除年老代

CMS并非没有暂停，而是用两次短暂停来替代串行标记整理算法的长暂停。

收集周期：

1） Initial Mark 初始标记

这个阶段的任务是标记老年代中被GC Roots直接可达和被年轻代对象引用的对象，这个阶段也是第一次STW发生的阶段

2） Concurrent Mark 并发标记

这个阶段主要是通过从初始标记阶段中寻找到的标记对象开始，遍历老年代并且标记所有存活着的对象

需要注意的是，并非所有在老年代中存活的对象都会被标记，因为程序在标记期间可能会更改引用（比如图中的Current obj，它是并发标记阶段伴随着程序一起被删除了引用的对象）

这个阶段与应用程序共同运行

3） Concurrent Preclean 执行预清理   

注: 相当于两次 concurrent-mark. 因为上一次concurrent-mark耗时较长，会有从新生代晋升到老年代的对象出现，将其清理掉

这也是一个并发阶段，与应用程序的线程并行执行。并发标记阶段与应用程序同时运行时，一些对象的引用可能会被改变，一旦这种情况发生，JVM就会标记堆上面的这块包含了变化对象的区域（这个堆的区域被称为"Card"，这种方式被称为"Card Marking"）

在这个阶段，这些脏对象将会被声明，并且这些对象能够到达的对象也会被标记。这些Card将会在上面的工作完成之后被清理掉

此外，还将执行一些必要的整理和重新标记阶段的准备工作。

4） Concurrent Abortable Preclean 执行可中止预清理  

这个阶段也是和程序线程并发执行的。它的工作就是尽可能地进行清理工作，以减少重新标记阶段的任务（即减少了STW的停顿时间）

这个阶段的持续时间取决于很多因素，因为它需要不断地做一些相同的工作，直到满足某个终止条件为止（比如一定的迭代次数、一定的有效工作量、一定的时间等等）

5） Final Remark 重新标记

这个阶段是第二次，也是最后一次STW。这个阶段的目的是标记在老年代中被标记的所有存活下来的对象。

6） Concurrent Sweep 并发清除

移除未使用的对象，并且回收其占用的空间。

7） Concurrent Reset 并发重置

重置CMS算法内部的数据结构，为下一个周期做准备

参考文档：https://plumbr.io/handbook/garbage-collection-algorithms-implementations/concurrent-mark-and-sweep

CMS减少停顿的原理：

标记过程分三步：并发标记是最主要的标记过程，而这个过程是并发执行的，可以与应用程序线程同时进行，初始标记和重新标记虽然不能和应用程序并发执行，但这两个过程标记速度快，时间短，所以对应用程序不会产生太大的影响

最后并发清除的过程，也是和应用程序同时进行的，避免了应用程序的停顿。

CMS的特点：减少了应用程序的停顿时间，让回收线程和应用程序线程可以并发执行，它的回收并不彻底。因此CMS回收的频率相较其他回收器要高，频繁的回收将影响应用程序的吞吐量，空间碎片多。

CMS何时开始？

cms gc 通过一个后台线程触发，该线程随着堆一起初始化，触发机制是默认每隔2秒判断一下当前老年代的内存使用率是否达到阈值，如果高于某个阈值的时候将激发CMS。

两次STW的原因：

当虚拟机完成两次标记后，便确认了可以回收的对象。但是，垃圾回收并不会阻塞程序的线程，如果当GC线程标记好了一个对象的时候，此时程序的线程又将该对象重新加入了GC-Roots的“关系网”中，当执行二次标记的时候，该对象也没有重写finalize()方法，因此回收的时候就会回收这个不该回收的对象。

为了解决这个问题，虚拟机会在一些特定指令位置设置一些“安全点”，当程序运行到这些“安全点”的时候就会暂停所有当前运行的线程（Stop The World 所以叫STW），暂停后再找到“GC Roots”进行关系的组建，进而执行标记和清除。

这些特定的指令位置主要在：

1、循环的末尾

2、方法临返回前 / 调用方法的call指令后

3、可能抛异常的位置

 

5.G1收集器

（-XX:+UseG1GC 复制+标记-整理算法）

概述：

是jdk1.7以后推出的回收器，试图取代CMS回收器

不同于其他的回收器，G1将堆空间划分成了互相独立的区块。每块区域既有可能属于老年代、也有可能是新生代，并且每类区域空间可以是不连续的（对比CMS的老年代和新生代都必须是连续的）

这种将老年代区划分成多块的理念源于：当并发后台线程寻找可回收的对象时、有些区块包含可回收的对象要比其他区块多很多。虽然在清理这些区块时G1仍然需要暂停应用线程、但可以用相对较少的时间优先回收包含垃圾最多区块。

 

G1相对CMS回收器来说区别在于：

1、CMS是以获取最短回收停顿时间为目标，G1是面向服务端应用的垃圾收集器

1、因为划分了很多区块，回收时减小了内存碎片的产生

2、G1适用于新生代和老年代，而CMS只适用于老年代

3、CMS使用标记清除算法，G1整体上看是“标记-整理”，局部看是“复制”