一、GC

1.1、目標(biāo)

GC的主要作用是自動識別和釋放不再使用的對象，回收其所占用的內(nèi)存，以防止內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出的問題。

1.2、如何實現(xiàn)

1.2.1、標(biāo)記階段

GC從根對象（如線程棧中的引用、靜態(tài)變量等）開始，通過可達(dá)性分析算法標(biāo)記所有與根對象直接或間接關(guān)聯(lián)的對象。

標(biāo)記技術(shù)法

可達(dá)性分析法

1.2.2、清除階段：

GC遍歷堆中的所有對象，清除未被標(biāo)記的對象，以釋放其占用的內(nèi)存。

1.2.3、壓縮階段（可選）：

GC可以選擇對堆進行壓縮操作，將存活對象緊湊排列，以減少內(nèi)存碎片和提高內(nèi)存利用率。

1.3、GC的優(yōu)點包括：

1.3.1、自動內(nèi)存管理：

GC可以自動識別和回收不再使用的對象，減輕了程序員手動釋放內(nèi)存的負(fù)擔(dān)。

1.3.2、避免內(nèi)存泄漏：

GC可以自動回收無法通過程序訪問到的對象，避免了因為忘記釋放內(nèi)存而導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏問題。

1.3.3、避免內(nèi)存溢出：

GC可以動態(tài)地管理內(nèi)存，及時回收不再使用的對象，避免了因為內(nèi)存不足而導(dǎo)致的內(nèi)存溢出問題。

1.4、GC的缺點包括：

1.4.1、垃圾回收的開銷

GC需要消耗一定的CPU和內(nèi)存資源來執(zhí)行垃圾回收操作，可能會對程序的性能造成一定的影響。

1.4.2、程序暫停時間

在執(zhí)行GC時，所有的線程都會被暫停，直到GC完成。這會導(dǎo)致程序在執(zhí)行GC時出現(xiàn)明顯的停頓，對于實時性要求較高的應(yīng)用可能會有影響。

為了更好地利用GC，可以采取以下措施：

1、優(yōu)化對象的生命周期，盡量減少對象的創(chuàng)建和銷毀，避免頻繁的GC操作。

2、合理設(shè)置堆大小和GC參數(shù)，根據(jù)應(yīng)用的實際情況進行調(diào)優(yōu)。

3、避免創(chuàng)建過多的臨時對象，可以使用對象池或復(fù)用對象的方式來減少GC的開銷。

總之，GC是Java的一項重要特性，有效的GC策略可以提高程序的性能和穩(wěn)定性，但需要根據(jù)具體應(yīng)用的需求和場景來進行調(diào)整和優(yōu)化。

二、CMS

是一種用于Java的垃圾回收器，它被設(shè)計用來減少垃圾回收的停頓時間，尤其適用于對響應(yīng)時間要求較高的應(yīng)用。

2.1、工作原理

1、初始標(biāo)記階段（Initial Mark）：暫停所有應(yīng)用線程，標(biāo)記所有與根對象直接關(guān)聯(lián)的對象。

2、并發(fā)標(biāo)記階段（Concurrent Mark）：與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，標(biāo)記所有與根對象間接關(guān)聯(lián)的對象。

3、并發(fā)預(yù)清理階段（Concurrent Pre-clean）：與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，處理一些在并發(fā)標(biāo)記期間發(fā)生變動的對象。

4、最終標(biāo)記階段（Final Remark）：暫停所有應(yīng)用線程，完成標(biāo)記過程，確保標(biāo)記的準(zhǔn)確性。

5、并發(fā)清除階段（Concurrent Sweep）：與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，對未被標(biāo)記的對象進行清除回收。

2.2、優(yōu)點

1、低暫停時間：CMS通過將垃圾回收的過程與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，減少了垃圾回收的暫停時間，從而降低了對應(yīng)用響應(yīng)時間的影響。

2、分階段執(zhí)行：CMS將垃圾回收分為多個階段，并與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，減少了對應(yīng)用的影響。

2.3、缺點

1、不壓縮內(nèi)存：CMS不會對堆進行整理壓縮操作，從而避免了長時間的停頓，但可能導(dǎo)致堆內(nèi)存碎片增多。

2、需要更多的CPU資源：由于并發(fā)執(zhí)行的關(guān)系，CMS需要更多的CPU資源來執(zhí)行垃圾回收操作。

需要注意的是，CMS并不是適用于所有場景的垃圾回收器。由于并發(fā)執(zhí)行的特性，CMS可能導(dǎo)致堆內(nèi)存的碎片化增多，并且因為并發(fā)執(zhí)行的開銷，可能會對應(yīng)用的吞吐量產(chǎn)生一定的影響。因此，在選擇GC策略時，需要根據(jù)應(yīng)用的實際情況進行評估和選擇。

三、G1

G1（Garbage-First）是一種新的垃圾回收器，引入了全新的垃圾回收算法和內(nèi)存布局方式。相比于CMS和其他傳統(tǒng)的垃圾回收器，G1在處理大堆、低延遲和高吞吐量場景下具有更好的性能表現(xiàn)

3.1、工作原理

1、分區(qū)布局：G1將堆劃分為多個大小相等的分區(qū)（Region），每個分區(qū)可以是Eden區(qū)、Survivor區(qū)或者Old區(qū)。這種分區(qū)布局可以提供更細(xì)粒度的內(nèi)存管理。

2、并發(fā)標(biāo)記：G1使用并發(fā)標(biāo)記算法來進行標(biāo)記階段，與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，以減少垃圾回收的停頓時間。

3、并發(fā)清理：G1使用并發(fā)清理算法來進行分區(qū)的清理，與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行，以減少垃圾回收的停頓時間。

4、混合回收：G1采用了混合回收的方式，在標(biāo)記和清理階段之間可以執(zhí)行一部分回收操作，以進一步減少垃圾回收的停頓時間。

5、優(yōu)先處理垃圾多的分區(qū)：G1的名字“Garbage-First”就是因為其優(yōu)先處理垃圾多的分區(qū)。G1會根據(jù)分區(qū)內(nèi)垃圾的多少來優(yōu)先選擇最需要回收的分區(qū)，以達(dá)到更高的吞吐量。

3.2、優(yōu)點

1、可預(yù)測的停頓時間：G1通過控制每次垃圾回收的停頓時間，可以提供可預(yù)測的垃圾回收性能，尤其適用于對低延遲有要求的應(yīng)用。

2、高吞吐量：G1采用并行和并發(fā)的方式執(zhí)行垃圾回收，可以在保證低延遲的同時，提供較高的吞吐量，適合處理大堆的應(yīng)用場景。

3、內(nèi)存整理：G1在回收過程中可以進行部分的內(nèi)存整理，減少內(nèi)存碎片，提高內(nèi)存利用率。

4、可預(yù)測的逐步增量：G1通過劃分多個分區(qū)，并以逐步增量的方式執(zhí)行垃圾回收，可以更好地控制回收的進度。

需要注意的是，G1并不是適用于所有場景的垃圾回收器。在一些極端情況下，如大量短期存活的對象或大量大對象的情況下，G1的性能可能不如其他垃圾回收器。因此，在選擇GC策略時，需要根據(jù)應(yīng)用的實際情況進行評估和選擇。

四、CMS和G1的對比

1、垃圾回收方式：CMS采用并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除的方式來進行垃圾回收，即在應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行的同時，進行標(biāo)記和清除操作。而G1采用分代混合收集的方式，將堆劃分為多個分區(qū)，并在標(biāo)記和清理之間執(zhí)行一部分回收操作。

2、堆布局：CMS并不對堆進行特殊的布局，而G1采用了分區(qū)布局，將堆劃分為多個大小相等的分區(qū)。

3、停頓時間：CMS的目標(biāo)是減少垃圾回收的停頓時間，特別適用于低延遲要求較高的應(yīng)用。它通過并發(fā)執(zhí)行的方式盡量減少對應(yīng)用線程的影響。而G1也注重減少垃圾回收的停頓時間，但它通過可預(yù)測的停頓時間來提供更好的性能，尤其適用于對停頓時間有嚴(yán)格要求的應(yīng)用。

4、內(nèi)存整理：CMS在回收過程中不會對內(nèi)存進行壓縮整理，可能會導(dǎo)致堆內(nèi)存碎片增多。而G1可以在回收過程中進行部分的內(nèi)存整理，減少內(nèi)存碎片，提高內(nèi)存利用率。

5、吞吐量：CMS主要關(guān)注降低停頓時間，但可能會對應(yīng)用的吞吐量產(chǎn)生一定的影響。而G1在保證低延遲的同時，也提供了較高的吞吐量，適用于需要處理大堆的應(yīng)用場景。

綜上所述，CMS適用于對低延遲有要求的場景，重點在于減少停頓時間。而G1適用于對停頓時間和吞吐量都有較高要求的場景，通過分區(qū)布局和可預(yù)測的停頓時間提供更好的性能。在實際選擇時，需要根據(jù)應(yīng)用的實際情況和具體需求來進行評估和選擇。