1.简要阐述JVM的CMS GC算法和JVM的G1 GC算法的基本原理。
gc就是java的垃圾回收机制（gabage collection）
学习gc之前，要知道一个单词：stop the world 。它会在任何一个gc算法中发生。gvm执行gc会停止应用程序的执行，在gc执行时会停止出了gc线程意外的所有线程，使其进入等待状态，直到gc完成。gc优化很多时候就是减少stop the world的发生。
gc只回收堆区和方法区的对象，栈区的数据超出作用域后会被jvm会自动释放掉。所以栈区的数据不在gc的管理中。
GC什么时候可以判断对象可以被回收了：
1.对象没有引用 2. 作用域发生未捕获异常 3.程序在作用域正常执行完毕 4.程序执行了System.exit()
5.程序发生意外终止（被杀线程等）
在Java程序中不能显式的分配和注销缓存，因为这些事情JVM都帮我们做了，那就是GC。
有些时候我们可以将相关的对象设置成null 来试图显示的清除缓存，但是并不是设置为null 就会一定被标记为可回收，有可能会发生逃逸。
将对象设置成null 至少没有什么坏处，但是使用System.gc() 便不可取了，使用System.gc() 时候并不是马上执行GC操作，而是会等待一段时间，甚至不执行，而且System.gc() 如果被执行，会触发Full GC ，这非常影响性能。
按代的垃圾回收机制:
新生代（Young generation）：绝大多数最新被创建的对象都会被分配到这里，由于大部分在创建后很快变得不可达，很多对象被创建在新生代，然后“消失”。对象从这个区域“消失”的过程我们称之为：Minor GC 。
老年代（Old generation）：对象没有变得不可达，并且从新生代周期中存活了下来，会被拷贝到这里。其区域分配的空间要比新生代多。也正由于其相对大的空间，发生在老年代的GC次数要比新生代少得多。对象从老年代中消失的过程，称之为：Major GC 或者 Full GC。
持久代（Permanent generation）：也称之为 方法区（Method area）：用于保存类常量以及字符串常量。注意，这个区域不是用于存储那些从老年代存活下来的对象，这个区域也可能发生GC。发生在这个区域的GC事件也被算为 Major GC 。只不过在这个区域发生GC的条件非常严苛，必须符合以下三种条件才会被回收：
1、所有实例被回收
2、加载该类的ClassLoader 被回收
3、Class 对象无法通过任何途径访问（包括反射）
如果老年代的对象需要引用新生代的对象，会发生什么呢？
为了解决这个问题，老年代中存在一个 card table ，它是一个512byte大小的块。所有老年代的对象指向新生代对象的引用都会被记录在这个表中。当针对新生代执行GC的时候，只需要查询 card table 来决定是否可以被回收，而不用查询整个老年代。这个 card table 由一个write barrier 来管理。write barrier给GC带来了很大的性能提升，虽然由此可能带来一些开销，但完全是值得的。
默认的新生代（Young generation）、老年代（Old generation）所占空间比例为 1 : 2 。
JVM GC什么时候执行？
eden区空间不够存放新对象的时候，执行Minro GC。升到老年代的对象大于老年代剩余空间的时候执行Full GC，或者小于的时候被HandlePromotionFailure 参数强制Full GC 。调优主要是减少 Full GC 的触发次数，可以通过 NewRatio 控制新生代转老年代的比例，通过MaxTenuringThreshold 设置对象进入老年代的年龄阀值。
新生代空间的构成与逻辑
为了更好的理解GC，我们来学习新生代的构成，它用来保存那些第一次被创建的对象，它被分成三个空间：
一个伊甸园空间（Eden）
两个幸存者空间（Fron Survivor、To Survivor）
默认新生代空间的分配： Eden : Fron : To = 8 : 1 : 1
每个空间的执行顺序如下：
1、绝大多数刚刚被创建的对象会存放在伊甸园空间（Eden）。
2、在伊甸园空间执行第一次GC（Minor GC）之后，存活的对象被移动到其中一个幸存者空间（Survivor）。
3、此后，每次伊甸园空间执行GC后，存活的对象会被堆积在同一个幸存者空间。
4、当一个幸存者空间饱和，还在存活的对象会被移动到另一个幸存者空间。然后会清空已经饱和的哪个幸存者空间。
5、在以上步骤中重复N次（N = MaxTenuringThreshold（年龄阀值设定，默认15））依然存活的对象，就会被移动到老年代。
从上面的步骤可以发现，两个幸存者空间，必须有一个是保持空的。如果两个两个幸存者空间都有数据，或两个空间都是空的，那一定是你的系统出现了某种错误。
我们需要重点记住的是，对象在刚刚被创建之后，是保存在伊甸园空间的（Eden）。那些长期存活的对象会经由幸存者空间（Survivor）转存到老年代空间（Old generation）。
也有例外出现，对于一些比较大的对象（需要分配一块比较大的连续内存空间）则直接进入到老年代。一般在Survivor 空间不足的情况下发生。
老年代空间的构成与逻辑：
老年代空间的构成其实很简单，它不像新生代空间那样划分为几个区域，它只有一个区域，里面存储的对象并不像新生代空间绝大部分都是朝闻道，夕死矣。这里的对象几乎都是从Survivor 空间中熬过来的，它们绝不会轻易的狗带。因此，Full GC（Major GC）发生的次数不会有Minor GC 那么频繁，并且做一次Major GC 的时间比Minor GC 要更长（约10倍）。
JVM GC 算法讲解：
1、根搜索算法
根搜索算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT 开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点后，继续寻找这个节点的引用节点。当所有的引用节点寻找完毕后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。
上图红色为无用的节点，可以被回收。
目前Java中可以作为GC ROOT的对象有：
1、虚拟机栈中引用的对象（本地变量表）
2、方法区中静态属性引用的对象
3、方法区中常亮引用的对象
4、本地方法栈中引用的对象（Native对象）
基本所有GC算法都引用根搜索算法这种概念。
2、标记 - 清除算法
标记-清除算法采用从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象进行直接回收，如上图。
标记-清除算法不需要进行对象的移动，并且仅对不存活的对象进行处理，在存活的对象比较多的情况下极为高效，但由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，并没有对还存活的对象进行整理，因此会导致内存碎片。
3、复制算法
复制算法将内存划分为两个区间，使用此算法时，所有动态分配的对象都只能分配在其中一个区间（活动区间），而另外一个区间（空间区间）则是空闲的。
复制算法采用从根集合扫描，将存活的对象复制到空闲区间，当扫描完毕活动区间后，会的将活动区间一次性全部回收。此时原本的空闲区间变成了活动区间。下次GC时候又会重复刚才的操作，以此循环。
复制算法在存活对象比较少的时候，极为高效，但是带来的成本是牺牲一半的内存空间用于进行对象的移动。所以复制算法的使用场景，必须是对象的存活率非常低才行，而且最重要的是，我们需要克服50%内存的浪费。
4、标记 - 整理算法
标记-整理算法采用 标记-清除 算法一样的方式进行对象的标记、清除，但在回收不存活的对象占用的空间后，会将所有存活的对象往左端空闲空间移动，并更新对应的指针。标记-整理 算法是在标记-清除 算法之上，又进行了对象的移动排序整理，因此成本更高，但却解决了内存碎片的问题。
JVM为了优化内存的回收，使用了分代回收的方式，对于新生代内存的回收（Minor GC）主要采用复制算法。而对于老年代的回收（Major GC），大多采用标记-整理算法。
与垃圾回收相关的JVM参数：
-Xms / -Xmx — 堆的初始大小 / 堆的最大大小
-Xmn — 堆中年轻代的大小
-XX:-DisableExplicitGC — 让System.gc()不产生任何作用
-XX:+PrintGCDetails — 打印GC的细节
-XX:+PrintGCDateStamps — 打印GC操作的时间戳
-XX:NewSize / XX:MaxNewSize — 设置新生代大小/新生代最大大小
-XX:NewRatio — 可以设置老生代和新生代的比例
-XX:PrintTenuringDistribution — 设置每次新生代GC后输出幸存者乐园中对象年龄的分布
-XX:InitialTenuringThreshold / -XX:MaxTenuringThreshold：设置老年代阀值的初始值和最大值
-XX:TargetSurvivorRatio：设置幸存区的目标使用率。
（之前是废话，之后也有可能是废话，反正都是到处抄点）
CMS算法（老年代并发收集器）：
-XX:+UseConcMarkSweepGC
新生代：复制算法，默认搭配ParNewGC（ParNew其实就是Serial收集器的多线程版本。除了Serial收集器外，只有它能与CMS收集器配合工作），并行
年老代：标记-清除，并发（如果发生Concurrent Mode Fail，则使用SerialOld（SerialOld是Serial收集器的老年代收集器版本，它同样是一个单线程收集器）做后备收集器）
初始标记 ：单线程；在这个阶段，需要虚拟机停顿正在执行的任务，官方的叫法STW(Stop The Word)。这个过程从垃圾回收的"根对象"开始，只扫描到能够和"根对象"直接关联的对象，并作标记。所以这个过程虽然暂停了整个JVM，但是很快就完成了。
并发标记 ：是CMS最主要的工作阶段这个阶段；紧随初始标记阶段，在初始标记的基础上继续向下追溯标记。并发标记阶段，应用程序的线程和并发标记的线程并发执行，所以用户不会感受到停顿。
并发预清理 ：并发预清理阶段仍然是并发的。在这个阶段，虚拟机查找在执行并发标记阶段新进入老年代的对象(可能会有一些对象从新生代晋升到老年代， 或者有一些对象被分配到老年代)。通过重新扫描，减少下一个阶段"重新标记"的工作，因为下一个阶段会Stop The World。
重新标记 ：扫描从"根对象"开始向下追溯，并处理对象关联。由于应用程序还在并发运行产生的对象的修改，多线程，速度快，需要全局停顿
并发清理 ：清理垃圾对象，这个阶段收集器线程和应用程序线程并发执行。
并发重置 ：这个阶段，重置CMS收集器的数据结构，等待下一次垃圾回收。
CMS缺点：
1、内存碎片。由于使用了 标记-清理 算法，导致内存空间中会产生内存碎片。不过CMS收集器做了一些小的优化，就是把未分配的空间汇总成一个列表，当有JVM需要分配内存空间的时候，会搜索这个列表找到符合条件的空间来存储这个对象。但是内存碎片的问题依然存在，如果一个对象需要3块连续的空间来存储，因为内存碎片的原因，寻找不到这样的空间，就会导致Full GC。
2、需要更多的CPU资源。由于使用了并发处理，很多情况下都是GC线程和应用线程并发执行的，这样就需要占用更多的CPU资源，也是牺牲了一定吞吐量的原因。
3、需要更大的堆空间。因为CMS标记阶段应用程序的线程还是执行的，那么就会有堆空间继续分配的问题，为了保障CMS在回收堆空间之前还有空间分配给新加入的对象，必须预留一部分空间。
并发模式失败（Concurrent Mode Failure）
并发GC，吞吐量下降，采用标记清除，碎片多，占用额外内存，不能在堆空间满时清理，触发GC，清理时，应用程序还在运行此时如果预留的空间不够应用程序申请的空间的话，则会触发Concurrent Mode Fail，此时便会启用后备收集器：SerialOld进行GC，产生全局停顿
浮动垃圾
由于CMS并发清理阶段用户线程还在运行着，伴随程序运行自然就还会有新的垃圾不断产生，这一部分垃圾出现在标记过程之后，CMS无法在当次收集中处理掉它们，只好留待下一次GC时再清理掉。这一部分垃圾就称为“浮动垃圾”。
CMSInitiatingOccupancyFraction
由于在垃圾收集阶段用户线程还需要运行，那也就还需要预留有足够的内存空间给用户线程使用，因此CMS收集器不能像其他收集器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行收集，需要预留一部分空间提供并发收集时的程序运作使用。
在JDK 1.5的默认设置下，CMS收集器当老年代使用了68%的空间后就会被激活，这是一个偏保守的设置，如果在应用中老年代增长不是太快，可以适当调高参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的值来提高触发百分比，以便降低内存回收次数从而获取更好的性能，
在JDK 1.6中，CMS收集器的启动阈值已经提升至92%。要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序需要，就会出现一次“Concurrent Mode Failure”失败，这时虚拟机将启动后备预案：临时启用Serial Old收集器来重新进行老年代的垃圾收集，这样停顿时间就很长了。
所以说参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置得太高很容易导致大量“Concurrent Mode Failure”失败，性能反而降低。
CMS内存整理
CMS是一款基于“标记—清除”算法实现的收集器，这意味着收集结束时会有大量空间碎片产生。
空间碎片过多时，将会给大对象分配带来很大麻烦，往往会出现老年代还有很大空间剩余，但是无法找到足够大的连续空间来分配当前对象，不得不提前触发一次Full GC。
为了解决这个问题，CMS收集器提供了一个-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection开关参数（默认就是开启的），用于在CMS收集器顶不住要进行FullGC时开启内存碎片的合并整理过程，内存整理的过程是无法并发的，空间碎片问题没有了，但停顿时间不得不变长。
虚拟机设计者还提供了另外一个参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，这个参数是用于设置执行多少次不压缩的Full GC后，跟着来一次带压缩的（默认值为0，表示每次进入Full GC时都进行碎片整理）。
Promotion Failure&Premature Promotion
过早提升（Premature Promotion），MinorGC过程中，Survivor可能不足以容纳Eden和另外一个Survivor中存活的对象，如果Survivor中的存活对象溢出，多余的对象将被移到年老代。
在MinorGC过程中，如果年老代满了无法容纳更多的对象，则MinorGC之后，通常会进行FullGC，这将导致遍历整个java堆，这称为提升失败（Promotion Failure）
啥时候用CMS
如果你的应用程序对停顿比较敏感，并且在应用程序运行的时候可以提供更大的内存和更多的CPU(也就是硬件牛逼)，那么使用CMS来收集会给你带来好处。还有，如果在JVM中，有相对较多存活时间较长的对象(老年代比较大)会更适合使用CMS。
G1算法
每个对象被分配到不同的格子，随后GC执行。当一个区域装满之后，对象被分配到另一个区域，并执行GC。这中间不再有从新生代移动到老年代的三个步骤。这个类型是为了替代CMS GC而被创建的，因为CMS GC在长时间持续运作时会产生很多问题。
参考：blog.csdn.net/renfufei/article/details/41897113
参考：segmentfault.com/a/1190000004707217
blog.csdn.net/aibisoft/article/details/27555793
zhuanlan.zhihu.com/p/25539690
www.importnew.com/1993.html