关于jvm和GC还是自己写一篇文章来强化下把。
一、JVM 运行时内存布局
1、先盗两张图再说，方便理解和记忆。参考链接会附在下面
2、左图 6 块区域按是否被线程共享，可以分为两大类，即右图所示。
1）PC Register：也称为程序计数器（有的叫寄存器）， 记录每个线程当前执行的指令信。eg：当前执行到哪一条指令，下一条该取哪条指令。
2）JVM Stack：也称为虚拟机栈，记录每个栈帧（Frame）中的局部变量、方法返回地址等。栈也是JAVA虚拟机自动管理的（不是由gc）。栈类似一个集合（不过是有固定的容量），是由很多元素（专业术语：栈帧）组合起来的。在我们码代码的时候，每调用一个方法，在运行的时候，JAVA虚拟机就会自动在内存中分配对应的一块空间，那么这块空间就是一个栈帧，也就自然属于栈了，而当方法调用结束后，对应的栈帧就会被释放掉，那么因为JAVA程序从main方法开始执行，那么JAVA虚拟机就会在内存中分配一块main方法的栈帧，如果main方法里没有调用其它方法，那么，main方法调用结束后，会把main方法栈帧释放掉，此时，栈里没有了栈帧，程序结束。此段话是抄的，讲的通俗易懂。
补充一点，在方法中的局部变量，如果是基本类型，会把值直接存储在栈。如果是引用类型，会把其对象存储在堆，而把这个对象的引用（指针）存储在栈。类的成员变量在不同对象中各不相同，都有自己的存储空间(成员变量在堆中的对象中)，基本类型和引用类型的成员变量都在这个对象的空间中，作为一个整体存储在堆。而类的方法却是该类的所有对象共享的，只有一套，对象使用方法的时候方法才被压入栈，方法不使用则不占用内存。
3）Native Method Stack：本地 (原生) 方法栈，顾名思义就是调用操作系统原生本地方法时，所需要的内存区域。
上述 3 类区域，生命周期与 Thread 相同，即：线程创建时，相应的区域分配内存，线程销毁时，释放相应内存。
另一类是所有线程共享的：
1）Heap：即鼎鼎大名的堆内存区，也是 GC 垃圾回收的主站场，用于存放类的实例对象及 Arrays 实例等。
2）Method Area：方法区，主要存放类结构、类成员定义，static 静态成员等。
3）Runtime Constant Pool：运行时常量池，比如：字符串，int -128~127 范围的值等，它是 Method Area 中的一部分。
Heap、Method Area 都是在虚拟机启动时创建，虚拟机退出时释放。
注：Method Area 区，虚拟机规范只是说必须要有，但是具体怎么实现（比如: 是否需要垃圾回收? ），交给具体的 JVM 实现去决定，逻辑上讲，视为 Heap 区的一部分。
最后，还有一类不受 JVM 虚拟机管控的内存区，这里也提一下，即：堆外内存。可以通过 Unsafe 和 NIO 包下的 DirectByteBuffer 来操作堆外内存。如上图，虽然堆外内存不受 JVM 管控，但是堆内存中会持有对它的引用，以便进行 GC。
提一个问题：总体来看，JVM 把内存划分为“栈 (stack)”与“堆 (heap)”两大类，为何要这样设计？
个人理解，程序运行时，内存中的信息大致分为两类，一是跟程序执行逻辑相关的指令数据（线程上下文），这类数据通常不大，而且生命周期短；一是跟对象实例相关的数据，这类数据可能会很大，而且可以被多个线程长时间内反复共用，比如字符串常量、缓存对象这类。
上面就是jvm的内存模型的简单叙述了。下面在来说说GC原理，有大佬写的文章太棒了，我就直接摘抄。
二、GC 垃圾回收原理
在学习Java GC 之前，我们需要记住一个单词：stop-the-world 简称STW。它会在任何一种GC算法中发生。stop-the-world 意味着JVM因为需要执行GC而停止了应用程序的执行。当stop-the-world 发生时，除GC所需的线程外，所有的线程都进入等待状态，直到GC任务完成。GC优化很多时候就是减少stop-the-world 的发生。
2.1 如何判断对象是垃圾 ?
有两种经典的判断方法，借用网友的图（文中最后有给出链接）：
引用计数法，思路很简单，但是如果出现循环引用，即：A 引用 B，B 又引用 A，这种情况下就不好办了，所以 JVM 中使用了另一种称为“可达性分析”的判断方法：
还是刚才的循环引用问题（也是某些公司面试官可能会问到的问题)，如果 A 引用 B，B 又引用 A，这 2 个对象是否能被 GC 回收？
答案：关键不是在于 A、B 之间是否有引用，而是 A、B 是否可以一直向上追溯到 GC Roots。如果与 GC Roots 没有关联，则会被回收，否则将继续存活。
上图是一个用“可达性分析”标记垃圾对象的示例图，灰色的对象表示不可达对象，将等待回收。
2.2 哪些内存区域需要 GC ?
在第一部分 JVM 内存布局中，我们知道了 thread 独享的区域：PC Regiester、JVM Stack、Native Method Stack，其生命周期都与线程相同（即：与线程共生死），所以无需 GC。线程共享的 Heap 区、Method Area 则是 GC 关注的重点对象。
2.3 常用的 GC 算法
1）mark-sweep 标记清除法
如上图，黑色区域表示待清理的垃圾对象，标记出来后直接清空。该方法简单快速，但是缺点也很明显，会产生很多内存碎片。
2）mark-copy 标记复制法
思路也很简单，将内存对半分，总是保留一块空着（上图中的右侧），将左侧存活的对象（浅灰色区域）复制到右侧，然后左侧全部清空。避免了内存碎片问题，但是内存浪费很严重，相当于只能使用 50% 的内存。
3）mark-compact 标记 - 整理（也称标记 - 压缩）法
避免了上述两种算法的缺点，将垃圾对象清理掉后，同时将剩下的存活对象进行整理挪动（类似于 windows 的磁盘碎片整理），保证它们占用的空间连续，这样就避免了内存碎片问题，但是整理过程也会降低 GC 的效率。
4）根搜索算法（补充）
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。应该可以想想出来，就是根据爹妈往下找孩子，剩下没有关系的孤儿都是孤儿院（GC）收集对象。基本所有GC算法都引用根搜索算法这种概念
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）
5）generation-collect 分代收集算法
将内存分成了三大块：年青代（Young Genaration），老年代（Old Generation）, 永久代（Permanent Generation），其中 Young Genaration 更是又细为分 eden，S0，S1 三个区。
结合我们经常使用的一些 jvm 调优参数后，一些参数能影响的各区域内存大小值，示意图如下：
注：jdk8 开始，用 MetaSpace 区取代了 Perm 区（永久代），所以相应的 jvm 参数变成 -XX:MetaspaceSize 及 -XX:MaxMetaspaceSize。
以 Hotspot 为例，我们来分析下 GC 的主要过程：
刚开始时，对象分配在 eden 区，s0（即：from）及 s1（即：to）区，几乎是空着。
随着应用的运行，越来越多的对象被分配到 eden 区。
当 eden 区放不下时，就会发生 minor GC（也被称为 young GC），第 1 步当然是要先标识出不可达垃圾对象（即：下图中的黄色块），然后将可达对象，移动到 s0 区（即：4 个淡蓝色的方块挪到 s0 区），然后将黄色的垃圾块清理掉，这一轮过后，eden 区就成空的了。
注：这里其实已经综合运用了“【标记 - 清理 eden】 + 【标记 - 复制 eden->s0】”算法。
随着时间推移，eden 如果又满了，再次触发 minor GC，同样还是先做标记，这时 eden 和 s0 区可能都有垃圾对象了（下图中的黄色块），注意：这时 s1（即：to）区是空的，s0 区和 eden 区的存活对象，将直接搬到 s1 区。然后将 eden 和 s0 区的垃圾清理掉，这一轮 minor GC 后，eden 和 s0 区就变成了空的了。
继续，随着对象的不断分配，eden 空可能又满了，这时会重复刚才的 minor GC 过程，不过要注意的是，这时候 s0 是空的，所以 s0 与 s1 的角色其实会互换，即：存活的对象，会从 eden 和 s1 区，向 s0 区移动。然后再把 eden 和 s1 区中的垃圾清除，这一轮完成后，eden 与 s1 区变成空的，如下图。
对于那些比较“长寿”的对象一直在 s0 与 s1 中挪来挪去，一来很占地方，而且也会造成一定开销，降低 gc 效率，于是有了“代龄 (age)”及“晋升”。
对象在年青代的 3 个区 (edge,s0,s1) 之间，每次从 1 个区移到另 1 区，年龄 +1，在 young 区达到一定的年龄阈值后，将晋升到老年代。下图中是 8，即：挪动 8 次后，如果还活着，下次 minor GC 时，将移动到 Tenured 区即老年代。
如果老年代，最终也放满了，就会发生 major GC（即 Full GC），由于老年代的的对象通常会比较多，因为标记 - 清理 - 整理（压缩）的耗时通常会比较长，会让应用出现卡顿的现象，这也是为什么很多应用要优化，尽量避免或减少 Full GC 的原因。
注：如果分配的新对象比较大，eden 区放不下，但是 old 区可以放下时，会直接分配到 old 区（即没有晋升这一过程，直接到老年代了）。
3.1 Serial 收集器
单线程用标记 - 复制算法，快刀斩乱麻，单线程的好处避免上下文切换，早期的机器，大多是单核，也比较实用。但执行期间，会发生 STW（Stop The World）。
3.2 ParNew 收集器
Serial 的多线程版本，同样会 STW，在多核机器上会更适用。
3.3 Parallel Scavenge 收集器
ParNew 的升级版本，主要区别在于提供了两个参数：-XX:MaxGCPauseMillis 最大垃圾回收停顿时间；-XX:GCTimeRatio 垃圾回收时间与总时间占比，通过这 2 个参数，可以适当控制回收的节奏，更关注于吞吐率，即总时间与垃圾回收时间的比例。
3.4 Serial Old 收集器
因为老年代的对象通常比较多，占用的空间通常也会更大，如果采用复制算法，得留 50% 的空间用于复制，相当不划算，而且因为对象多，从 1 个区，复制到另 1 个区，耗时也会比较长，所以老年代的收集，通常会采用“标记 - 整理”法。从名字就可以看出来，这是单线程（串行）的， 依然会有 STW。
3.5 Parallel Old 收集器
一句话：Serial Old 的多线程版本。
3.6 CMS 收集器
全称：Concurrent Mark Sweep，从名字上看，就能猜出它是并发多线程的。这是 JDK 7 中广泛使用的收集器，有必要多说一下，借一张网友的图说话：
Serial ,ParNew, Parellel Scavenge 都是回收年青代的。CMS，Serial Old, Parallel Old 都是回收老年代的。
1）Inital Mark 初始标记：主要是标记 GC Root 开始的下级（注：仅下一级）对象，这个过程会 STW，但是跟 GC Root 直接关联的下级对象不会很多，因此这个过程其实很快。
2）Concurrent Mark 并发标记：根据上一步的结果，继续向下标识所有关联的对象，直到这条链上的最尽头。这个过程是多线程的，虽然耗时理论上会比较长，但是其它工作线程并不会阻塞，没有 STW。
3）Remark 再标志：为啥还要再标记一次？因为第 2 步并没有阻塞其它工作线程，其它线程在标识过程中，很有可能会产生新的垃圾。
试想下，高铁上的垃圾清理员，从车厢一头开始吆喝“有需要扔垃圾的乘客，请把垃圾扔一下”，一边工作一边向前走，等走到车厢另一头时，刚才走过的位置上，可能又有乘客产生了新的空瓶垃圾。所以，要完全把这个车厢清理干净的话，她应该喊一下：所有乘客不要再扔垃圾了（STW），然后把新产生的垃圾收走。当然，因为刚才已经把收过一遍垃圾，所以这次收集新产生的垃圾，用不了多长时间（即：STW 时间不会很长）。
4）Concurrent Sweep：并行清理，这里使用多线程以“Mark Sweep- 标记清理”算法，把垃圾清掉，其它工作线程仍然能继续支行，不会造成卡顿。
3.7 G1 收集器
G1 的全称是 Garbage-First，为什么叫这个名字，呆会儿会详细说明。鉴于 CMS 的一些不足之外，比如: 老年代内存碎片化，STW 时间虽然已经改善了很多，但是仍然有提升空间。G1 就横空出世了，它对于 heap 区的内存划思路很新颖，有点算法中分治法“分而治之”的味道。
如下图，G1 将 heap 内存区，划分为一个个大小相等（1-32M，2 的 n 次方）、内存连续的 Region 区域，每个 region 都对应 Eden、Survivor 、Old、Humongous 四种角色之一，但是 region 与 region 之间不要求连续。
注：Humongous，简称 H 区是专用于存放超大对象的区域，通常 >= 1/2 Region Size，且只有 Full GC 阶段，才会回收 H 区，避免了频繁扫描、复制 / 移动大对象。
所有的垃圾回收，都是基于 1 个个 region 的。JVM 内部知道，哪些 region 的对象最少（即：该区域最空），总是会优先收集这些 region（因为对象少，内存相对较空，肯定快），这也是 Garbage-First 得名的由来，G 即是 Garbage 的缩写， 1 即 First。
G1 Young GC
young GC 前：
young GC 后：
理论上讲，只要有一个 Empty Region（空区域），就可以进行垃圾回收。
由于 region 与 region 之间并不要求连续，而使用 G1 的场景通常是大内存，比如 64G 甚至更大，为了提高扫描根对象和标记的效率，G1 使用了二个新的辅助存储结构：
Remembered Sets：简称 RSets，用于根据每个 region 里的对象，是从哪指向过来的（即：谁引用了我），每个 Region 都有独立的 RSets。（Other Region -> Self Region）。
Collection Sets ：简称 CSets，记录了等待回收的 Region 集合，GC 时这些 Region 中的对象会被回收（copied or moved）。
RSets 的引入，在 YGC 时，将年青代 Region 的 RSets 做为根对象，可以避免扫描老年代的 region，能大大减轻 GC 的负担。注：在老年代收集 Mixed GC 时，RSets 记录了 Old->Old 的引用，也可以避免扫描所有 Old 区。
文章内容基本是摘抄自链接：https://www.infoq.cn/article/3WyReTKqrHIvtw4frmr3