总的来说，Java 虚拟机的垃圾回收器可以分为四大类别：串行回收器、并行回收器、CMS 回收器、G1 回收器。
1.串行回收器
串行回收器是指使用单线程进行垃圾回收的回收器。因为每次回收时只有一个线程，因此串行回收器在并发能力较弱的计算机上，其专注性和独占性的特点往往能让其有更好的性能表现。
串行回收器可以在新生代和老年代使用，根据不同的堆空间，分为新生代串行回收器和老年代串行回收器。
1.1新生代串行回收器
串行回收器是所有垃圾回收器中最古老的一种，也是 JDK 中最基本的垃圾回收器之一。它主要有两个特点：
- 它仅仅使用单线程进行垃圾回收
- 它是独占式的垃圾回收方式
在新生代串行回收器中使用的是复制算法。在串行回收器进行垃圾回收时，会产生 Stop-The-World 现象，即其他线程都需要暂停，等待垃圾回收完成。因此在某些情况下，其会造成较为糟糕的用户体验。
“Stop-the-World”现象：在进行垃圾回收时，Java应用程序的所有线程都会被暂停，直到垃圾回收完成。这意味着在这段时间内，应用程序无法继续执行任何任务，会导致应用程序的性能下降和响应时间延长。
1.2老年代串行回收器
在老年代串行回收器中使用的是标记压缩算法。其与新生代串行收集器一样，只能串行、独占式地进行垃圾回收，因此也经常会有较长时间的 Stop-The-World 发生。
优点：可以与多种新生代回收器配合使用，可以作为CMS回收器的备用回收器。若要启用老年代串行回收器，可以尝试以下参数：
-XX:UseSerialGC：新生代、老年代都使用串行回收器。-XX:UseParNewGC：新生代使用 ParNew 回收器，老年代使用串行回收器。-XX:UseParallelGC：新生代使用 ParallelGC 回收器，老年代使用串行回收器。
2并行回收器
并行回收器在串行回收器的基础上做了改进，其使用多线程进行垃圾回收。对于并行能力强的机器，可以有效缩短垃圾回收所使用的时间。
根据内存区域的不同，并行回收器也有三个不同的回收器：新生代 ParNew 回收器、新生代 ParallelGC 回收器、老年代 ParallelGC 回收器。
2.1新生代 ParNew 回收器
新生代 ParNew 回收器工作在新生代，其只是简单地将串行回收器多线程化，其回收策略、算法以及参数和新生代串行回收器一样。
新生代 ParNew 回收器虽然使用了多线程来回收，但它还是独占式的，它的垃圾收集过程中应用程序会全部暂停。但因为其使用多线程进行垃圾回收，因此在并发能力强的 CPU 上，其产生的停顿时间要短于串行回收器。
但在单 CPU 或并能能力弱的系统中，并行回收器效果会因为线程切换的原因，其实际表现反而不如串行回收器。
2.2新生代 Parallel GC 回收器
从表面上看，新生代 Parallel GC 和ParNew是一样的，都是使用复制算法，都是多线程、独占式的收集器。但是，ParallelGC回收器有一个重要特点：它关注系统的吞吐量。
Parallel GC 回收器提供了两个重要参数用于控制系统的吞吐量。
-XX:MaxGCPauseMillis：设置最大垃圾收集停顿时间。在 ParallelGC 工作时，其会自动调整响应参数，将停顿时间控制在设置范围内。为了达到目的，其可能会使用较小的堆，但这会导致 GC 较为频繁。-XX:GCTimeRatio：设置吞吐量大小，其实一个 0 - 100 的整数。假设 GCTimeRatio 的值为 n，那么系统将不花费超过 1/(1+n) 的时间用于垃圾手机。比如 GCTimeRatio 值为 19，那么系统用于垃圾收集的时间不超过 1 /(1+19) = 5%。默认情况下，它的取值是 99，即不超过 1% 的时间用于垃圾收集。
除此之外，ParallelGC和PaeNew的另一个不同之处：它有一个自适应 GC 调节策略。在这个模式下，新生代的大小、Eden 和 Survivor 的比例、晋升老年代的对象年龄等参数都会被自动调节，已达到堆大小、吞吐量、停顿时间的平衡点。在手工调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标吞吐量和停顿时间，让虚拟机自己完成调优工作。
2.3老年代 ParallelOldGC 回收器
老年代 ParallelOldGC 回收器也是一种多线程并发的回收器，与新生代 ParallelGC 收集器一样，其也是注重吞吐量的收集器，只不过其是作用于老年代。
ParallelOldGC 回收器使用的是标记压缩算法，只有在 JDK 1.6 中才可以使用。我们可以使用-XX:UseParallelOldGC参数在新生代中使用 ParallelGC 收集器，在老年代中使用 ParallelOldGC 收集器。参数 -XX:ParallelGCThreads也可以用于设置垃圾回收时的线程数量。
3.一心多用都不落下：CMS回收器
与 ParallelGC 和 ParallelOldGC 不同，CMS 回收器主要关注系统停顿时间。CMS 回收器全称为 Concurrent Mark Sweep，意为并发标记清除从名称可以知道，它使用了标记清除算法，同时也是使用多线程并行回收的垃圾回收器。
3.1工作步骤
CMS 的主要工作步骤有：初始标记、并发标记、预清理、重新标记、并发清除和并发充值。其中初始标记和重新标记是独占系统资源的，而其他阶段则可以和用户线程一起执行。
根据标记清除算法，初始标记、并发标记和重新标记都是为了标记出需要回收的对象。并发清除则是在标记完成后，正式回收垃圾对象。并发重置是指在垃圾回收完成后，重新初始化CMS数据结构和数据，为下一次垃圾回收做好准备。
触发时机：由于CMS回收器不是独占式的回收器，在CMS回收过程中应用程序仍然在工作，会不断产生新垃圾，这些新垃圾在CMS回收过程中是无法清除的，所以CMS不会等待堆内存饱和才进行回收，而是内存使用率达到某个阈值就开始回收。
兜底方案：如果CMS执行期间内存不足了，CMS就会失败，虚拟机会启用老年代串行回收器进行垃圾回收。此时应用程序会完全中断，直到垃圾回收完成。
我们之前说过标记清除算法的缺点是会产生内存碎片，因此 CMS 回收器会产生较多内存碎片。我们可以使用 XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 参数让 CMS 在完成垃圾回收后，进行一次内存碎片整理。使用 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 参数设置进行多少次 CMS 回收后，进行一次内存压缩。
3.2 有关Class的回收
如果希望使用 CMS 回收 Perm 区，那么则可以打开 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled 开关。打开该开关后，如果条件允许，那么系统会使用 CMS 的机制回收 Perm 区 Class 数据。
4.G1回收器
G1 回收器（Garbage-First）是 JDK 1.7 中使用的全新垃圾回收器，从长期目标来看，其是为了取代 CMS 回收器。
G1 回收器拥有独特的垃圾回收策略，和之前所有垃圾回收器采用的垃圾回收策略不同。从分代看，G1 依然属于分代垃圾回收器，它会区分新生代和老年代，依然会有eden区和survivor区，但从堆的结构上看，它并不要求整个eden区、新生代或者老年代都连续。但它最大的改变是使用了分区算法，从而使得 Eden 区、Survivor 区和老年代等各块内存不必连续。
在 G1 回收器之前，所有的垃圾回收器其内存分配都是连续的一块内存，如下图所示：
而在 G1 回收器中，其将一大块的内存分为许多细小的区块，从而不要求内存是连续的。
从上图可以看到，每个Region被标记了 E、S、O 和 H，说明每个 Region 在运行时都充当了一种角色。所有标记为 E 的都是 Eden 区的内存，它们散落在内存的各个角落，并不要求内存连续。同理，Survivor 区、老年代（Old）也是如此。
从上图我们还可以看到 H 是以往算法中没有的，它代表 Humongous。这表示这些 Region 存储的是巨型对象（humongous object，H-obj），当新建对象大小超过 Region 大小一半时，直接在新的一个或多个连续 Region 中分配，并标记为 H。
堆内存中一个 Region 的大小可以通过 -XX:G1HeapRegionSize 参数指定，大小区间只能是1M、2M、4M、8M、16M 和 32M，总之是2的幂次方。如果G1HeapRegionSize 为默认值，即把设置的最小堆内存按照2048份均分，最后得到一个合理的大小。
4.1工作步骤
G1 收集器的收集过程主要有四个阶段：
- 新生代 GC
- 并发标记周期
- 混合收集
- 如果需要，可能进行 FullGC
新生代 GC 与其他垃圾收集器的类似，就是清空 Eden 区，将存活对象移动到 Survivor 区，部分年龄到了就移动到老年代。
并发标记周期和CMS有点类似，分为以下几步：初始标记、根区域扫描、并发标记、重新标记、独占清理、并发清理阶段。其中初始标记、重新标记、独占清理是独占式的，会引起停顿。并且初始标记会引发一次新生代 GC。在这个阶段，所有将要被回收的区域会被 G1 记录在一个称之为 Collection Set 的集合中。
在并发标记周期中，虽然有部分对象被回收，但是总体上说，回收比例上相当低的，在并发标记周期后，G1已经明确知道哪些区域有较多的垃圾，在混合回收阶段就针对这些区域进行回收。G1 回收器的名字 Garbage First 就是这个意思，垃圾优先处理的意思。这个阶段叫做混合回收，是因为在这个阶段既会执行正常的新生代GC，有会对一些老年代区域进行回收，它同时处理了新生代和老年代。
必要时进行 Full GC。和CMS类似，当在回收阶段遇到内存不足时，G1 会停止垃圾回收并进行一次 Full GC，从而腾出更多空间进行垃圾回收。
5.垃圾回收器对比
| 回收器 | 线程模型 | 停顿时间 | 内存模型 | 适用场景 | jdk默认版本 |
|---|---|---|---|---|---|
| 串行 | 单线程 | 长 | 分代 | 客户端/小内存 | 1.3之前 |
| 并行 | 多线程 | 长 | 分代 | 高吞吐量计算任务 | 8（默认） |
| CMS | 多线程 | 短 | 分代 | 低延迟服务 | 8可选 |
| G1 | 多线程 | 可控 | 分代+Region | 大堆、低延迟 | 9+（默认） |
