1、GC是什么？为什么要有GC？
垃圾指的是运行程序中没有任何指针指向的对象，这个对象就是需要被回收的垃圾。GC(Garbage Collector) 是指回收堆中死亡对象所占据的空间。
如果只分配内存空间，而不进行回收，那么内存迟早会被消耗完。另外，垃圾回收还可以清理内存碎片，将占用的堆内存移到堆的一端，这样在堆中空出连续的空闲内存空间。
2、GC判定的方法
方式一：引用计数法
它的做法是为每个对象添加一个引用计数器，用来统计指向该对象的引用个数。对于一个对象A，如果有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1；当引用失效时，引用计数器就减1。
缺点是：①需要额外的空间来存储引用计数器；②每次赋值都要更新计数器，增加时间开销；③无法处理循环引用问题（致命问题），比如对象A和对象B相互引用，除此之外没有任何其他引用指向A和B，这两个对象实际已经死亡，但各自的引用计数器都不为0，使用引用计数法会将它们都判断为存活对象，无法回收循环引用对象所占据的空间，从而造成内存泄露。
方式二：可达性分析算法
可达性分析算法是java虚拟机主流垃圾收集器所采用的算法。它的做法是将一系列 GC Roots 作为初始的存活对象集合，然后从该集合出发，探索所有能够被该集合引用到的对象，然后将其加入该集合，这个过程称之为标记。最后未被探索到的对象，则可以被回收。
GC Roots 可以包含：①java方法栈帧中的局部变量；②已加载的类的静态变量；③本地方法栈内JNI（本地方法）引用的对象；④所有被同步锁持有的对象；⑤字符串常量池里的引用。
3、GC算法有哪些？
使用可达性分析算法，将垃圾对象标记完成后，需要进行后续清理工作。有如下三种GC算法：
1）标记-清除算法：把垃圾对象所占据的内存标记为空闲内存，并记录在一个空闲列表中。当需要新建对象时，会从空闲列表中寻找一块可以容纳该对象的空闲内存，分配给这个对象。
缺点：①会造成内存碎片。因为堆中的对象必须是连续分布的，所以可能会出现总的空闲内存足够，但是无法分配新对象的极端情况；②分配效率较低。如果是一块连续地空闲内存，那么通过指针加法( pointer bumping )即移动指针，就可以进行分配，而对于空闲列表，则需要逐个访问列表中的项，以寻找到足够容纳该新建对象的空闲内存。
2）标记-压缩算法：把存活的对象压缩整理到内存区域的起始位置，那么剩余的内存就是连续的了，这样解决了内存碎片化问题。
缺点：需要进行额外的内存碎片的压缩整理。
3）复制算法：把内存区域两等分，分别用from指针和to指针来维护，始终在from指针所指区域进行内存分配，to所指的区域是空白的。当发生垃圾回收时，将from区域的存活对象全部复制到to区域，然后清空from区域，最后交换from指针和to指针。这同样解决的内存碎片化问题。
缺点：只有一半的内存空间被使用，内存利用率很低。
4、GC分代回收思想
一般来说，大部分的java对象具有"朝生夕死"的特征。基于这个特征，出现了java虚拟机分代回收思想。堆空间被划分为两代，分别是新生代和老年代。新生代又被划分为Eden区和两个大小相同的Survivor区（也称from区和to区），Eden区和Survivor区的比例是动态调整的，根据Survivor区的使用情况动态调整。
4.1、如何选择合适的垃圾收集算法
1）新生代中的大部分对象存活时间较短，很多是"朝生夕死"。采用复制算法，只需要复制少量存活对象，就可以完成垃圾回收。新生代的GC称为Minor GC。
2）老年代中的对象存活时间较长，也没有额外的空间进行分配担保，因此需要采用标记-整理或标记-清除算法。老年代的GC称为Major GC，也称Full GC（即整堆的GC，因为老年代GC伴随新生代的GC）。
4.2、TLAB
当调用new指令时，会在Eden区分配一块内存来存储对象。由于堆空间是线程共享的，所以在这里边分配空间是需要进行同步操作的，否则有可能出现两个对象共用一段内存的情况。
因此，java虚拟机使用了TLAB(Thread Local Allocation Buffer)机制。每个线程可以向java虚拟机申请一段连续地内存，作为线程私有的TLAB。这个操作需要加锁，线程维护两个指针，一个指向TLAB空闲内存的起始位置，一个指向末尾。分配对象时，直接使用指针加法。如果TLAB中没有足够的空间分配给对象，则会尝试在Eden中进行分配。
4.3、记忆集与卡表
Minor GC理论上是不用对整个堆进行垃圾回收，但是却存在老年代的对象引用新生代对象的情况。此时，只需要在新生代建立一个全局的数据结构，称之为"记忆集"(Remembered Set)。这个结构把老年代划分为若干小块，标识出老年代的那一块存在跨代引用。此后，当发生Minor GC时，只有包含跨代引用的小块内存里的对象才会被加入GC Roots进行扫描。
卡表(Card Table)是最常用的记忆集实现形式。该技术将整个堆划分为一个个512字节地卡，并维护一个卡表，卡表中的每一位可以映射到堆中的一个一个卡上。如果某张卡上存在跨代引用，那对应的卡表中的数组元素值标识为1，表明这张卡是脏卡(Dirty Card)。在垃圾收集时，只要将脏卡中的的对象加入GC Roots进行扫描。
5、什么情况下会触发垃圾回收
1）显式调用System.gc()方法，该方法表示希望进行一次垃圾回收，但不能保证垃圾回收一定会进行。
2）java虚拟机根据当前内存大小，如果内存不够了，会触发垃圾回收。比如新生代满了，新建对象无法在分配内存，会触发垃圾回收。
finalize()方法
一个对象在经历的GC Roots不可达标记后，还需要进行一次筛选，才能判断该对象是否死亡。筛选条件是该对象是否有必要执行finalize()方法。如果该对象没有覆盖finalize()方法，或者已经执行过1次这个方法，则java虚拟机认为没有必要再执行这个方法，会直接回收；如果覆盖了finalize()方法，且还没有执行过，则该对象会被放置在一个由虚拟机自动建立的、低优先级的队列中，GC会对这个队列中的对象进行第二次标记，如果对象在finalize()方法中拯救了自己，即重新与GC Roots建立连接，那么第二次标记时，该对象将不会被回收，否则会被回收。
6、对象内存分配和垃圾回收
1）对象优先的Eden区分配。当Eden区空间耗尽时，会触发一次针对新生代的Minor GC。首先要将Eden区和from区的存活对象复制到To区，然后交互from和To指针。
2）大对象直接进入老年代。对应参数为-XX:PretenureSizeThreshold，对象所占空间大于这个值，直接在老年代中分配。这个参数只对Serial和ParNew两款垃圾收集器有效，Parallel Scavenge不认识这个参数。
3）一个对象在新生代Eden中创建，并第一次经历Minor GC后依然存活，并且能够被Survivor区容纳，此时对象年龄为1岁。此后新生代对象每熬过1次Minor GC，年龄加1。对象年龄到达15岁（默认），则该对象将晋升到老年代。
4）如果from区相同年龄的对象之和大于该区域所有对象之和的一半，大于等于这个年龄的对象进入老年代。
5）空间分配担保原则。如果发生Minor GC时，存在大量存活对象，并且Survivor区放不下这些对象，那么这时候就需要老年代分配担保，让无法放入Survivor区的对象直接进入老年代，前提是老年代可以放入这些对象。由于老年代也不确定，这次GC后从新生代移动过来的对象能否放得下，所以在发生Minor GC时，jvm会计算每次晋升到老年代的所有对象所占空间的平均值，如果这个值大于老年代的当前剩余空间，则改为Full GC。如果小于，则查看 HandlePromotionFailure 设置是否允许担保失败，如果允许，那只会进行一次 Minor GC，如果不允许，则也要进行一次 Full GC。