学习GC，个人认为可以从以下几方面入手：
1. 什么是GC
2. 什么是垃圾
3. 如何判断垃圾
4. 垃圾回收算法
5. Java堆中的分代思想
6. 垃圾回收器的种类
7. 三色标记算法
8. 垃圾回收方式
一、什么是GC
GC，指的是JVM中的垃圾回收机制。当对象成为垃圾时，就会被JVM中的垃圾回收机制所回收，释放对象所占用的空间，防止产生OOM（Out Of Memory）。
引言：根据上述GC的定义，引出一个名词：垃圾。在Java中，什么是垃圾？
二、什么是垃圾
这里说的垃圾实际上就是对象。那么满足什么条件的对象会被定义为垃圾？
在Java中，如果一个对象不可能再被引用时，这个对象就是垃圾，应该被GC所回收。
引言：已经知道在Java中，垃圾实际上就是指不再被引用的对象，那么应该如何判断一个对象是否是垃圾？
三、如何判断垃圾
Java中，判断垃圾的方式有两种，分别是：引用计数法、可达性分析。
1、引用计数法
给对象添加一个计数器，每当对象被引用时，则计数器加一；当引用失效时，计数器减一。当计数器的值为0时，表示该对象无任何引用，在GC时可进行回收。
注意：引用计数法虽然简单，但是存在一个致命问题——循环引用。
循环引用：
对象A、B相互引用，但是没有其他对象引用对象A、B。此时对象A、B应该是垃圾，但是由于他们相互引用，引用计数器的值不为0，因此GC无法对其进行回收。
注意：
引用计数法存在循环引用的问题，因此不被推荐使用。现在的JVM判断垃圾的方式是可达性分析。
2、可达性分析
从一系列”GC Root”对象出发，所有可达的对象，都是存活的对象；所有不可达的对象，都是需要被回收的垃圾。
上述中说到的
“GC Root”
是一个判断对象是否存在引用的集合。这个集合通常包括：
1. 虚拟机栈中引用的对象
2. 方法区中类静态属性引用的对象
3. 方法区中常量引用的属性
4. 本地方法栈中Native中引用的对象
引言：判断出垃圾之后，就需要对垃圾进行回收，那么怎么回收垃圾呢？
四、垃圾回收算法
JVM中的垃圾回收算法有三种，分别是：标记清除算法、标记复制算法、标记整理算法。
1、标记清除算法
标记清除算法可以分为两个阶段：标记和清除。在标记阶段，标记所有”GC Root”可达的对象。在清除阶段，将没有被标记到的对象进行回收。
标记清除算法的优缺点：
优点：不浪费空间内存，也不需要移动存活的对象；适合用于存活对象多的位置。
缺点：GC过后，容易产生空间碎片。因为垃圾对象并不是连续存放的，因此在GC过后可能会产生空间碎片。
用途：
标记清除算法常用于老年代，因为老年代中的对象生命周期较长。
2、标记复制算法
标记复制算法会将内存空间分为两块，每次只会使用一块。在GC时，可以分为两个阶段：标记和清除，标记所有”GC Root”可达的对象，在清除阶段，会将被标记的对象赋值到另一块未使用的内存中，然后清除正在使用的这块内存，之后两块内存扮演的角色(存储、待复制)进行转换。
标记复制算法的优缺点：
优点：使用标记复制算法，不产生空间碎片；适合用于需要移动对象少的位置。
缺点：因为内存空间被分为两块，每次只使用一块，会造成空间浪费。
用途：
标记复制算法常用于新生代，因为新生代中的对象生命周期较短。
3、标记整理算法
标记整理算法是标记清除算法的优化版，在进行垃圾清除之后，会将存活的对象整理到一起，减少了空间碎片的产生。
标记整理算法的优缺点：
优点：减少了空间碎片的产生；适合用于存活对象多的位置。
缺点：需要移动存活的对象。
用途：
标记整理算法常用于老年代，因为老年代中的对象生命周期较长。
引言：在描述垃圾回收算法的时候，提到了新生代、老年代。什么是新生代？什么是老年代？
五、Java堆中的分代思想
在JVM中，类加载时，会为创建的对象分配内存空间，一般情况下分配在Java堆中。因此Java堆主要用来存放对象。创建了对象，在对象成为垃圾的时候，就需要进行清除。那么应该使用标记清除算法？还是标记复制算法？还是标记整理算法？
如果在Java堆中，单纯使用这三种算法中的某一种算法，最终的垃圾回收效率都不会太好。因此，Java堆中使用的是分代算法。首先将Java堆中的内存空间分为新生代和老年代，再根据不同的区域，使用不同的算法，以达到高效率的垃圾回收。
1、新生代
Java堆的内存空间被分为两块，一块为新生代。大部分新创建的对象都在新生代中存放，根据IBM公司研究表明，这些新创建的对象有98%是朝生夕死的，存活的对象少，可以使用标记复制算法来对新生代的垃圾进行回收。
不同于简单的标记复制算法，新生代将空间划分为三个区域，Eden、From Survivor 0、
To Survivor 1。它们的存储空间比例为8:1:1。这么分配是因为有90%以上的对象存活时间短，当回收垃圾时，Eden和Survivor中存活的对象会复制到另一块Survivor中，再清除掉之前存储的Eden、Survivor内存。这么做，新生代中的内存空间利用率达到了90%，只有10%的内存空间浪费。如果像简单的标记复制算法一样，将内存对半分开，则会浪费一半的内存空间。
2、老年代
Java堆的另一块内存就是老年代。它用于存放JVM认为生命周期较长的对象（经历了多次Minor GC仍然存活的对象），以及需要大量连续存储空间的对象（大对象）。与新生代分区存储不同，老年代中只有一块大内存，称为Old Memory。因为老年代中存放的大部分是生命周期较长的对象，这些对象大部分在经历GC之后还可以存活下来，因此老年代使用的多是标记清除算法或标记整理算法。
引言：上述中一直提到垃圾回收算法，那么使用这些算法进行具体执行的是什么？也就是怎么使用这些算法进行垃圾回收？
六、垃圾回收器的种类
Java虚拟机的垃圾回收器有七种，分别是：
Serial
、
Serial Old
、
ParNew、Parallel
、
Scavenge
、
Parallel Old
、
CMS
、
G1
。
1、Serial：
串行收集器，使用单线程进行垃圾回收的回收器，因为是单线程回收，因此每次在进行垃圾回收时都是独占性的，其他任务都需要暂停，即Stop The World现象，等待垃圾回收完成。Serial是JVM中最古老的一种垃圾回收器，也是最基本的，适合用于单核并发能力弱的计算机。使用的是标记复制算法，作用在新生代上。
2、Serial Old：
与Serial回收器一样，是单线程独占性的垃圾回收器，属于Serial老年代版，因此也会出现Stop The World。Serial Old使用的是标记整理算法，作用在老年代上。
3、ParNew：
ParNew回收器，与Serial回收器一样，只是简单的将Serial的单线程变为多线程，它的回收策略、算法与Serial回收器一样，都是使用标记复制算法，作用在新生代上。因为ParNew是多线程的垃圾回收，因此在多核并发能力强的计算机上，进行垃圾回收时产生的Stop The World时间会比较短。但是在单核并发能力弱的计算机上，因为多线程之间进行状态切换的原因，性能上不如Serial回收器。
4、Parallel Scavenge：
与ParNew回收器一样，属于并行回收器，指的是垃圾回收线程是并行进行的，但依旧是独占式，会造成Stop The World。Parallel Scavenge可以通过
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
参数，打开自适应GC调节策略，在自适应模式下，新生代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的GC年龄
灯参数，都会进行一个自适应调节，已达到堆大小、吞吐量、STW时间(Stop The World)的平衡点。
5、Parallel old：
是Parallel Scavenge回收器的老年代版，使用的是标记整理算法，其策略、参数与Parallel Scavenge收集器一样。
6、CMS：
CMS回收器，其注重系统停顿时间，是获取最短停顿时间为目标的回收器。它使用的是标记清除算法，配合三色标记算法，作用于老年代。
CMS回收器的缺点有：
1. 因为使用的是标记清除算法，所以容易产生空间碎片。
2. 并发标记阶段容易产生浮动垃圾，当此无法清除，下一次GC的时候才能清除。
3. CMS回收器具有并发和并行，对CPU资源敏感。
CMS回收器的执行过程：初始标记 –> 并发标记 –> 重新标记 –> 并发清除
7、G1：
G1回收器，它与前面描述的六种回收器都不一样，G1回收器把Java堆内存分割为很多不相关的区域(Region，物理上不连续)。可以通过
-XX:G1HeapRegionSize
参数设置Region区的大小，只能为2的幂次方。如果
-XX:G1HeapRegionSize
为默认值，即把设置的最小堆内存按照2048份均分，最终得到一个合理的大小。使用不同的Region可以用来表示Eden、Survivor、老年代等。G1回收器还增加了一个新的内存区域，叫做
Humongous内存区域
，主要用于存储大对象，如果对象的大小超过1.5个Region，就存放到Humongous内存区域中，如果Humongous区域放不下大对象，G1则会寻找连续的Humongous区域来存储，如果找不到连续的Humongous区域，则不得不启动Full GC，来获取合适的区域。G1每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。在算法上，G1使用的是标记整理算法和标记复制算法，配合三色标记算法。
G1回收器的优点：
1. 分代收集：G1回收器可以回收新生代和老年代的垃圾，与之前单一区域回收的回收器不同。
2. 分区思想：G1回收器把Java堆内存分割成多个Region，尽管Java堆被分割成多个Region，但依旧存在新生
代和老年代，新生代依旧有Eden、Survivor 0、Survivor 1的区分，只是这些区域不需要是连续的，也不用
固定大小和数量。这样更有利于垃圾回收和空间分配。
3. 空间整合：通过Region区域和标记整理算法的配合，使得Java堆中的空间碎片更少，Region和标记整理算
法都有减少空间碎片产生的功能。这种配合有利于程序的长时间运行，不会因为分配大对象内存空间不足而导
致下一次GC的提前。
4. 可预测停顿时间模型：G1通过设置`-XX:G1HeapRegionSize`参数，可以指定长度为M毫秒的时间片段内，
消耗在GC的时间不能超过N秒。
5. 将垃圾回收效益最大化：G1每次根据允许的GC时间，优先回收价值最大的Region，从而达到回收效益最大
化的特点。
G1回收器的执行过程：初始标记 –> 并发标记 –> 重新标记 –> 并发清除
引言：在描述CMS和G1回收器的时候有提到，二者都配合使用三色标记算法，什么是三色标记算法？
七、三色标记算法
标记清除算法或者标记整理算法，分为标记和清除阶段，在清除阶段，需要扫描整个引用链的不可达对象，然后将垃圾对象清除。这个过程中，必须进行Stop The World。GC过程中，所有的任务都必须停止，不能做任何事情，这对用户体验来说，并不友好。在CMS回收器之前，都是使用这种标记–>清除的方式，因此STW时间较长。
从CMS回收器开始，与G1回收器都是配合使用三色标记算法，三色标记算法是指将对象划分为三种颜色，分别是黑色、灰色和白色。
黑色代表从”GC Root”开始，已经扫描过它全部引用的对象。
灰色代表从”GC Root”开始，扫描过对象本身，但是还没扫描它的全部引用对象。
白色代表还没扫描过的对象。
在清除阶段，如果对象依旧为白色，则证明该对象由”GC Root”开始。不可达，是垃圾，需要进行回收。
仅仅将对象划分为三种颜色，这并不能解决上述长时间的STW问题。在CMS和G1回收器中，垃圾回收的流程由
标记-->清除
变为
初始标记-->并发标记-->重新标记-->并发清除
四个步骤。
1. 初始标记：将"GC Root"直接引用的节点标记为灰色，这个阶段需要STW。
2. 并发标记：通过初始标记中的灰色节点，遍历整个引用链，将可达的节点标记为黑色，这个阶段不需要STW。
3. 重新标记：这个阶段是针对并发标记阶段的多标、漏标进行校正，这个阶段需要STW。
4. 并发清除：将白色节点进行清除，这个阶段不需要STW。
通过两段的流程与四段的流程进行对比可以看出，四段的流程通过并发操作，将耗时最多的遍历引用链与其他用户线程并发执行，这么做可以减少STW的时间。但是将标记节点与用户线程进行并发执行，容易因为对象引用的问题带来多标和漏标的问题。
多标：
多标是指原本应该回收的对象，被错误的标记为黑色，导致垃圾回收时无法进行回收。多标问题的出现，是在并发标记阶段，当对象被标记为存活对象之后，其引用关系被删除（如将对象置为null），从可达对象变为不可达对象。多标问题的出现会导致产生浮动垃圾，不过在下次GC时，浮动垃圾会被回收，只要浮动垃圾所占用的内存不多，基本上不会带来太大的问题。
漏标：
漏标是指原本应该存活的对象，被错误的遗漏标记，从而导致在进行垃圾回收时被当成垃圾给回收了。漏标的问题同样是因为在并发标记阶段，遍历完对象以后，对象引用了一个灰色对象的引用对象，而灰色对象又断开了这个引用。导致在遍历灰色对象的全部引用时，没有遍历到这个对象，从而这个对象呈白色，最终被回收。漏标会导致程序功能出现问题。
CMS和G1如何解决多标和漏标的问题：
在通过上述分析得知，多标带来的问题并不会太严重，只是会保留垃圾对象，但是在下一次垃圾回收时，就会进行回收，即便保留下来的垃圾对象所占据的内存太多导致Java堆中没有多余的内存可以创建新对象，也会触发Minor GC、Major GC、Full GC，从而清理掉这些保留下来的垃圾对象。而漏标所带来的问题就比多标严重，它可能会导致程序出现问题，影响程序的运行。
通过上面的描述可以得知，漏标的产生是存在两个条件的：
1. 至少有一个对象在划分为黑色之后引用了白色对象。
2. 灰色对象在扫描完自己全部引用之前，断开了与白色对象之间的引用。
只有当
同时满足
上述两个条件时，才会出现漏标的情况。因此要避免漏标的出现，只需要破坏其中一个条件即可。根据上述两个条件，产生了两种破坏方式：1. 增量更新；2. 原始快照。在CMS回收器中使用的是增量更新的方式，而G1回收器使用的是原始快照的方式。
在了解增量更新、原始快照之前，需要先了解读屏障和写平展这两个概念。读写屏障的诞生，也是为了避免漏标的发生。
写屏障
是指在给某个对象的成员变量赋值前后，加入一些处理（类似spring中的AOP）；
读屏障
是指在读取成员变量之前，先记录下来。
G1的原始快照
针对的是漏标产生条件的第二个，当灰色对象断开了引用的白色对象之前，将白色对象记录下来，在重新标记阶段，根据白色对象再进行扫描标记。这样就可以避免漏标的问题。但是，这也会带来新的问题，就是这个白色对象，有可能是真的被取消引用了，再次将其标记，就会变成多标，不过多标是可以接受的，在下一次GC的时候就会对多标的对象进行回收。
CMS的增量更新
针对的是漏标条件产生的第一个，当一个黑色对象引用白色对象之后，将这个引用记录下来，在重新标记阶段，以这个黑色对象为根，进行遍历扫描，被黑色引用的白色对象，就会成为存活状态。这种方式的缺点就是重新扫描这部分记录的黑色对象，需要耗费时间。
三色标记算法的出现，有效的减少了垃圾回收时所产生的STW时间，尽管在并发标记阶段，容易产生多标和漏标的问题，但是这些问题在CMS和G1中被解决了，总的来说，三色标记算法的使用，提高了垃圾回收的
效益
。
引言：在知道了什么是垃圾，如何判断垃圾，清除垃圾使用的算法、回收器之后，那么垃圾回收的方式有哪些呢？
八、垃圾回收方式
垃圾回收的方式有三种，Minor GC(Young GC)、Major GC(Old GC)、Full GC。
1、Minor GC(Young GC)
Minor GC发生在新生代，触发的条件是当新生代中Eden区域存储满了之后，会触发Minor GC，将Eden和一块Survivor区域存活的对象复制到另一块Survivor中，存活对象的
GC年龄+1
，然后清除正在存储的Eden区、Survivor区，之后两个Survivor区的存储、待复制角色进行互换。当下一次Eden区满了之后，继续重复执行此类操作。默认情况下，GC年龄达到15之后，就会晋升到老年代中，因此，Minor GC之后，通常老年代的内存占用量会有所升高。
2、Major GC
Major GC发生在老年代，Major GC是由Minor GC触发，当Minor GC进行时，如果新生代中的内存空间不够，则会触发老年代的Major GC，清除老年代空间，将一部分新生代对象晋升到老年代中，为新生代腾出空间。
3、Full GC
Full GC发生在整个Java堆中，清除新生代+老年代的内存空间。Full GC可以称为是Minor GC和Major GC的结合。当准备触发Minor GC时，如果发生老年代中剩余的内存空间比以往晋升的空间小，则不会触发Minor GC，转而触发Full GC。因为Full GC清除的内存空间包含老年代，因此其STW时间是Minor GC的十倍以上。在Java程序中，要尽量避免Full GC的发生。
注意：
在JDK1.8之前，即1.7到以前版本，存在永久代，当永久代的内存空间满了时，也会触发Full GC。
注意：
Minor GC、Major GC、Full GC只是一个俗称，不同的垃圾回收器中，对应不同的回收方式！！！
参考资料
微信公众号：树哥聊编程《JVM系列》