概述
垃圾收集器（Garbage Collection, GC）的曆史要比Java久遠，且并非Java獨有，GC主要完成以下三件事情：
- 哪些記憶體需要回收
- 什麼時候回收
- 如何回收
對于Java記憶體運作時區域的各個部分，程式計數器、虛拟機棧、本地方法棧3個線程私有區域是随線程而生，又随線程而滅，是以這幾個區域的記憶體配置設定和回收都具備确定性，不需要考慮垃圾回收的問題。而Java堆和方法區這兩個線程共享區的記憶體是動态配置設定的，是以垃圾收集器主要關注的是這部分的記憶體，這裡也是垃圾回收的主戰場。
如何判斷對象死亡
引用計數算法
原理：給對象添加一個引用計數器，當有一個地方引用它時，計數器加1，當引用結束時，計數器減1，任何時候當引用計數為0時，則認為該對象沒有被使用，可以被回收。
引用計數算法實作簡單，效率也很高，也有很多技術中都使用該算法來管理記憶體。但Java虛拟機卻沒有使用該算法，最主要的原因它很難解決對象之間互相循環引用的問題。例如下面示例代碼：
public class ReferenceCountingGC {
public Object instance = null;
public static void testGC() {
ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
System.gc();
}
}
上述代碼中objA與objB互相引用，如果Java虛拟機采用引用計數算法，發生GC時，objA、objB将無法被回收。測試可知，上述Java代碼在GC時是可以回收記憶體的，是以可從側面證明Java虛拟機并非用的引用計數算法。
可達性分析算法
其實在Java、C#等主流語言中，使用的都是可達性分析（Reachability）算法來判定對象是否存活的。該算法基本思路是通過一系列稱為“GC Roots”的對象作為起始點，從這些節點向下搜尋，搜尋所走過的路徑叫做引用鍊（Reference Chain），當一個對象到GC Roots沒有任何引用鍊相連時，用圖論原理來說，即GC Roots到這個對象是不可達的，則以此判斷該對象是不可用的。
可達性分析原理示意圖（來自Google I/O）
在Java語言中，可作為GC Roots的對象有以下幾種：
- 虛拟機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
- 方法區中類靜态屬性引用的對象
- 方法區中常量引用的對象
- 本地方法棧中JNI引用的對象
常用的垃圾收集算法
标記-清除算法
标記-清除（Mark-Sweep）算法是最基礎的垃圾收集算法，其分為兩個階段：首先标記出所需要回收的對象，然後在标記完成後統一回收所有被标記的對象。
标記-清除算法的不足：
- 效率問題，标記和清除兩個過程的效率都不高
- 空間問題，标記清除後會産生大量不連續的記憶體碎片，空間碎片太多可能導緻以後要為大對象配置設定記憶體時，如果找不到足夠的連續記憶體而不得不觸發另一次垃圾收集動作。
标記-清除算法原理示意圖（來自《深入了解Java虛拟機》）
複制算法
複制（Copying）算法為了解決上述算法的效率問題，它将可用記憶體按容量劃分為大小相等的兩塊，每次隻使用其中的一塊。當這一塊的記憶體用完了，就将還存活的對象複制到另一塊上面，然後再把已使用過的記憶體空間一次清空。這樣使得每次都是對整個半區進行記憶體回收，記憶體配置設定時也就不用考慮記憶體碎片等複雜情況，隻要移動堆頂指針，按順序配置設定記憶體即可，實作簡單，運作高效。
複制算法原理示意圖（來自《深入了解Java虛拟機》）
現代商業虛拟機都采用這種收集算法來回收新生代，但按上述原理，将記憶體縮小為原來的一半使用，這種代價有點太大了。IBM研究證明，98%的對象是“朝生夕死”，是以不必按1:1來劃分記憶體空間，而是将記憶體分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden空間和其中一塊Survivor。當回收記憶體時，将Eden和第一塊Survivor中還存活的對象一次性地複制到第二塊Survivor中，然後清理掉Eden和第一塊Survivor空間。HotSpot虛拟機預設Eden與Survivor空間的大小比例為8:1，一旦第二塊Survivor不足以容納Eden與第一塊Survivor複制過來的存活對象時，這些對象将通過配置設定擔保機制進入老年代。
标記-整理算法
複制收集算法在對象存活率較高時就要頻繁進行複制操作，導緻效率變低，是以在老年代一般不選用這種算法。根據老年代的特點，有人提出了标記-整理（Mark-Compact）算法，标記過程跟标記-清除算法的一樣，但後續步驟不是直接将可回收對象進行清理，而是讓所有存活對象都向一端移動，然後直接清理掉端邊界以外的記憶體。
标記-整理算法原理示意圖（來自《深入了解Java虛拟機》）
分代收集算法
目前虛拟機的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法。算法思想是跟根據對象存活周期的不同将記憶體劃分為幾塊，一般将Java堆劃分為新生代和老年代，這樣可以根據各個年代的特點采用最合适的垃圾收集算法。
在新生代中，每次垃圾收集時都有大量對象死亡，隻有少量存活，是以優選複制算法，這樣隻需要付出少量對象的複制成本就可以完成收集；而對于老年代，因為對象存活率高，且沒有額外的空間對它進行配置設定擔保，就更适合使用标記-清理或标記-整理算法來進行回收。