一、为什么要回收垃圾
如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗空，因为我们在不断的分配内存空间而不进行回收。除非内存无限大，我们可以任性的分配而不回收，但是事实并非如此。所以，垃圾回收是必须的。
那么什么又是java中的垃圾？如果没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时，该内存便成为垃圾。而负责编译的Java虚拟机-JVM的一个系统级线程则自动释放该内存块。垃圾的回收意味着程序不再需要的对象是垃圾信息，会被丢弃。这一设计很好地提高了资源利用，方便了空间被后来的新对象使用。
垃圾回收机制，顾名思义，所以该机制可以使得Java编程自动释放内存空间，减轻了编程的负担，同时，这也是Java语言安全性策略的一个重要部份。当然，凡是有利必有弊，由于Java虚拟机必须追踪运行程序中有用的对象，最终释放没用的对象。这一过程需要花费处理器的时间，同时也因为垃圾回收算法的不完备性，使得垃圾回收机制的开销影响了程序的性能。不过，由于机器的进步和算法的改进，这些问题会慢慢地被解决的。
垃圾回收机制具有以下的特点：
1、 垃圾回收机制只负责回收堆内存，不会回收任何物理资源
2、 程序无法精确控制垃圾回收的进行，会在合适的时候进行
3、 在垃圾回收机制回收的任何对象之前，总会先调用它的finalize()方法
我们要怎样找到那些不可能再被任何途径使用的对象呢？
二、垃圾回收机制中的算法
1.采用标记计数的方法：
给内存中的对象给打上标记，对象被引用一次，计数就加1，引用被释放了，计数就减一，当这个计数为0的时候，这个对象就可以被回收了。当然，这也就引发了一个问题：循环引用的对象是无法被识别出来并且被回收的。
2.采用根搜索算法：
从一个根出发，搜索所有的可达对象，这样剩下的那些对象就是需要被回收的判断完了哪些对象是没用的，这样就可以进行回收了最简单的，就是直接清空那个需要被回收的对象。但是这又出现了一个问题，就是内存会被分为一块一块的小碎片。
为了解决这个问题，可以采用第二种方法，就是在之前的基础上将存活的对象给整理一下，使他们变成一个连续的内存，从而释放出连续的较大的内存空间。
还有一种回收方法就是采用复制的办法：将内存分为2块，一块用来存放对象，另一块用来放着，当存放对象的那块满了以后就将上面存活的对象给复制过来，然后在这块内存上工作，并且将之前的内存清空，当自己这块满了以后再复制回去，如此反复。
3.四种引用状态
在JDK1.2之前，Java中引用的定义很传统：如果引用类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一个引用。这种定义很纯粹，但是太过于狭隘，一个对象只有被引用或者没被引用两种状态。我们希望描述这样一类对象：当内存空间还足够时，则能保留在内存中；如果内存空间在进行垃圾收集后还是非常紧张，则可以抛弃这些对象。很多系统的缓存功能都符合这样的应用场景。在JDK1.2之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用4种，这4种引用强度依次减弱。
①、强引用
代码中普遍存在的类似"Object obj = new Object()"这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
②、软引用
描述有些还有用但并非必需的对象。在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围进行二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。Java中的类SoftReference表示软引用。
③、弱引用
描述非必需对象。被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾回收之前，垃圾收集器工作之后，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。Java中的类WeakReference表示弱引用。
④、虚引用
这个引用存在的唯一目的就是在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知，被虚引用关联的对象，和其生存时间完全没关系。Java中的类PhantomReference表示虚引用。
4、方法区的垃圾回收
方法区的垃圾回收主要回收两部分内容：1. 废弃常量。2. 无用的类。既然进行垃圾回收，就需要判断哪些是废弃常量，哪些是无用的类。
如何判断废弃常量呢？以字面量回收为例，如果一个字符串“abc”已经进入常量池，但是当前系统没有任何一个String对象引用了叫做“abc”的字面量，那么，如果发生垃圾回收并且有必要时，“abc”就会被系统移出常量池。常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。
如何判断无用的类呢？需要满足以下三个条件
1. 该类的所有实例都已经被回收，即Java堆中不存在该类的任何实例。
2. 加载该类的ClassLoader已经被回收。
3. 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
满足以上三个条件的类可以进行垃圾回收，但是并不是无用就被回收，虚拟机提供了一些参数供我们配置。
5、垃圾收集算法
①、标记-清除（Mark-Sweep）算法
这是最基础的算法，标记-清除算法就如同它的名字样，分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，标记完成后统一回收所有被标记的对象。这种算法的不足主要体现在效率和空间，从效率的角度讲，标记和清除两个过程的效率都不高；从空间的角度讲，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片， 内存碎片太多可能会导致以后程序运行过程中在需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发一次垃圾收集动作。标记-清除算法执行过程如图：
②、复制（Copying）算法
复制算法是为了解决效率问题而出现的，它将可用的内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已经使用过的内存空间一次性清理掉。这样每次只需要对整个半区进行内存回收，内存分配时也不需要考虑内存碎片等复杂情况，只需要移动指针，按照顺序分配即可。复制算法的执行过程如图：
不过这种算法有个缺点，内存缩小为了原来的一半，这样代价太高了。现在的商用虚拟机都采用这种算法来回收新生代，不过研究表明1:1的比例非常不科学，因此新生代的内存被划分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。每次回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden区和Survivor区的比例为8:1，意思是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%。当然，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖老年代进行分配担保（Handle Promotion）。
③、标记-整理（Mark-Compact）算法
复制算法在对象存活率较高的场景下要进行大量的复制操作，效率很低。万一对象100%存活，那么需要有额外的空间进行分配担保。老年代都是不易被回收的对象，对象存活率高，因此一般不能直接选用复制算法。根据老年代的特点，有人提出了另外一种标记-整理算法，过程与标记-清除算法一样，不过不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活对象都向一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。标记-整理算法的工作过程如图：
④、分代收集算法
根据上面的内容，用一张图概括一下堆内存的布局
现代商用虚拟机基本都采用分代收集算法来进行垃圾回收。这种算法没什么特别的，无非是上面内容的结合罢了，根据对象的生命周期的不同将内存划分为几块，然后根据各块的特点采用最适当的收集算法。大批对象死去、少量对象存活的（新生代），使用复制算法，复制成本低；对象存活率高、没有额外空间进行分配担保的（老年代），采用标记-清理算法或者标记-整理算法。
比较效率的一种做法是将以上的几种方法给结合起来。首先将内存分块，分为新生代，老年代和永久代（现在永久代已经没有了）。永久代用来存放代码，等一些基本不改变的数据，新生代用来存放刚产生的一些对象，新生代又可分为3块。分别为Edon区，Survivor0,survivor1,刚产生的对象是放在Edon区中，当这个区块放满了以后就将其存活的部分复制到survivor0块中，并且将Edon区中的数据清空，等到survivor0满了就将其中的存活的数据放到survivor1中，清空survivor0,垃圾回收到了一定次数还未被回收的对象，就可以放到老年区。一般来说，刚才产生的对象大多是要在下一次垃圾回收的时候就要被回收掉的，只有一小部分对象会被保留下来，这些被保留下来的对象都是比较稳定的，所以在老年区中的对象回收方法可以采用整理的方法，而在Edon区等新生代中采用复制的方法比较好。