垃圾收集演算法主要有以下幾種：標記-清除演算法（mark-sweep）、複製演算法（copying）和標記-整理演算法（mark-compact）。
標記-清除演算法：
演算法的執行過程與名字一樣，先標記所有需要回收的物件，在標記完成後統一回收所有被標記的物件。該演算法有兩個問題：
標記和清除過程效率不高。主要由於垃圾收集器需要從GC Roots根物件中遍歷所有可達的物件(個人理解可達物件就是存在被引用的物件)，並給這些物件加上一個標記，表明此物件在清除的時候被跳過，然後在清除階段，垃圾收集器會從Java堆中從頭到尾進行遍歷，如果有物件沒有被打上標記，那麼這個物件就會被清除。顯然遍歷的效率是很低的
會產生很多不連續的空間碎片，所以可能會導致程式執行過程中需要分配較大的物件的時候，無法找到足夠的記憶體而不得不提前出發一次垃圾回收。
複製演算法：

複製演算法是為了解決標記-清除演算法的效率問題的，其思想如下：將可用記憶體的容量分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當這一塊記憶體使用完了，就把存活著的物件複製到另外一塊上面，然後再把已使用過的記憶體空間清理掉。
優點：每次都是對整個半區進行記憶體回收，記憶體分配時也就不用考慮記憶體碎片等複雜情況，只要移動堆頂指標，按順序分配記憶體即可，實現簡單，執行高效。
缺點：演算法的代價是將記憶體縮小為了原來的一半，未免太高了一點。
現在的商業虛擬機器都採用這種收集演算法來回收新生代，新生代中的物件98%是“朝生夕死”的，所以並不需要按照1∶1的比例來劃分記憶體空間，而是將記憶體分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和其中一塊Survivor。
當回收時，將Eden和Survivor中還存活著的物件一次性地複製到另外一塊Survivor空間上，最後清理掉Eden和剛才用過的Survivor空間。HotSpot虛擬機器預設Eden和Survivor的大小比例是8∶1，也就是每次新生代中可用記憶體空間為整個新生代容量的90%，只有10%的記憶體會被“浪費”。
當然，90%的物件可回收只是一般場景下的資料，我們沒有辦法保證每次回收都只有不多於10%的物件存活，當Survivor空間不夠用時（例如，存活的物件需要的空間大於剩餘一塊Survivor的空間），需要依賴其他記憶體（這裡指老年代）進行分配擔保（Handle Promotion）。
標記-整理演算法：
複製收集演算法在物件存活率較高時就要進行較多的複製操作，效率將會變低。更關鍵的是，如果不想浪費50%的空間，就需要有額外的空間進行分配擔保，以應對被使用的記憶體中所有物件都100%存活的極端情況，所以在老年代一般不能直接選用這種演算法。
與標記-清除演算法過程一樣，只不過在標記後不是對未標記的記憶體區域進行清理，而是讓所有的存活物件都向一端移動，然後清理掉邊界外的記憶體。該方法主要用於老年代。
分代收集演算法：
目前商用虛擬機器都使用“分代收集演算法”，所謂分代就是根據物件的生命週期把記憶體分為幾塊，一般把Java堆中分為新生代和老年代，這樣就可以根據物件的“年齡”選擇合適的垃圾回收演算法。
新生代：“朝生夕死”，存活率低，使用複製演算法。
老年代：存活率較高，使用“標記-清除”演算法或者“標記-整理”演算法。
Hotspot的演算法實現：
GC Roots與GC停頓
我們回到標記-清除演算法，在清除階段，為了列舉未被標記的物件，所以需要從根節點（GC Roots）開始查詢引用鏈，這個過程會導致GC停頓，意思就是在GC的時候Java的執行執行緒都被停頓，好像被凍結在某一個時間點，也叫“Stop the world”。然而目前主流的Java虛擬機器都是用準確式GC（所謂準確式GC，即使虛擬機器知道記憶體中的某個位置的資料是什麼型別），當“Stop the world”的時候並不需要檢查所有的引用位置，虛擬機器通過使用OopMap這個資料結構知道哪些地方存放著物件的引用。
類載入完成後，HotSpot將物件內什麼偏移量上是什麼型別的資料計算出來；在JIT編譯過程中，在特定的位置記錄下棧和暫存器（程式計數器）中哪些位置是引用。
安全點
使用OopMap，虛擬機器已經知道哪些位置存放著物件，從而GC Roots可以迅速的列舉可達物件的引用鏈。但是問題來了：是不是需要對所有的指令都使用OopMap呢？答案是否定的。實際上，虛擬機器只在“特定的位置”記錄了物件的引用資訊，比如我們使用方法呼叫或者迴圈的時候，就會設定這樣的位置，如果越過這個位置的繼續執行指令，然而程式是不允許因為指令流長度太長而執行過長時間，所以這個“特定位置“就成為了程式是否具有長時間執行的分界點。這個”特定的位置“也稱為安全點（SafePoint）。
主動式中斷執行緒
現在虛擬機器有了安全點，於是只會到安全點尋找物件的引用資訊，並且在安全點暫停Java執行執行緒，然而還有一個問題如何在GC發生時讓所有執行緒（不包括JNI呼叫的執行緒）都“跑”到最近的安全點上再停頓下來？
在Hotspot使用主動式中斷來中斷執行執行緒，其思想如下：當GC的時候不需要直接對執行緒操作以中斷執行緒，僅僅是設定一個標誌，然後讓執行執行緒去輪詢這個標誌，發現中斷標誌為真的時候就自己中斷執行緒。需要注意的是，輪詢標誌的地方與安全點的位置是重合的，另外再加上建立物件需要分配的地方。
安全區域
現在通過GC Roots和安全點，程式能夠在不太長的時間就可以到達安全點，並暫停執行執行緒。那麼如果程式在阻塞（Blocked）或者睡眠（Sleep）的狀態的時候，執行執行緒如何中斷呢？
JVM設定了安全區域（Safe Region）。安全區域可以看成是被擴充套件了的安全點，是指在這個區域內，物件的引用關係不會發生改變，在這個區域內的任何地方開始GC都是安全的。
參考
1、周志明，深入理解Java虛擬機器：JVM高階特性與最佳實踐，機械工業出版社

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作者：smile4lee
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/u011080472/article/details/51324103
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