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垃圾回收（Garbage Collection，GC）指的是程序不用关心对象在内存中的生存周期，创建后只需要使用对象，不用关心何时释放以及如何释放对象，由JVM自动管理内存并释放这些对象所占用的空间。GC的历史非常悠久，从1960年Lisp语言开始就支持GC。垃圾回收针对的是堆空间，目前垃圾回收算法主要有两类：
·引用计数法：在堆内存中分配对象时，会为对象分配一段额外的空间，这个空间用于维护一个计数器，如果对象增加了一个新的引用，则将增加计数器。如果一个引用关系失效则减少计数器。当一个对象的计数器变为0，则说明该对象已经被废弃，处于不活跃状态，可以被回收。引用计数法需要解决循环依赖的问题，在我们众所周知的Python语言里，垃圾回收就使用了引用计数法。
·可达性分析法（根引用分析法），基本思路就是将根集合作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象没有被任何引用链访问到时，则证明此对象是不活跃的，可以被回收。
这两种算法各有优缺点，具体可以参考其他文献。JVM的垃圾回收采用了可达性分析法。垃圾回收算法也一直不断地演化，主要有以下分类：
·垃圾回收算法实现主要分为复制（Copy）、标记清除（Mark-Sweep）和标记压缩（Mark-Compact）。
·在回收方法上又可以分为串行回收、并行回收、并发回收。
·在内存管理上可以分为代管理和非代管理。
我们首先看一下基本的收集算法。
分代管理就是把内存划分成不同的区域进行管理，其思想来源是：有些对象存活的时间短，有些对象存活的时间长，把存活时间短的对象放在一个区域管理，把存活时间长的对象放在另一个区域管理。那么可以为两个不同的区域选择不同的算法，加快垃圾回收的效率。我们假定内存被划分成2个代：新生代和老生代。把容易死亡的对象放在新生代，通常采用 复制算法 回收；把预期存活时间较长的对象放在老生代，通常采用 标记清除算法 。
复制算法的实现也有很多种，可以使用两个分区，也可以使用多个分区。使用两个分区时内存的利用率只有50%；使用多个分区（如3个分区），则可以提高内存的使用率。我们这里演示把堆空间分为1个新生代（分为3个分区：Eden、Survivor0、Survivor1）、1个老生代的收集过程。
普通对象创建的时候都是放在Eden区，S0和S1分别是两个存活区。第一次垃圾收集前S0和S1都为空，在垃圾收集后，Eden和S0里面的活跃对象（即可以通过根集合到达的对象）都放入了S1区，如图1-1所示。
图1-1 复制算法第一次回收
回收后Mutator继续运行并产生垃圾，在第二次运行前Eden和S1都有活跃对象，在垃圾收集后，Eden和S1里面的活跃对象（即可以通过根节点到达的对象）都被放入到S0区，一直这样循环收集，如图1-2所示。
图1-2 复制算法第二次回收
从根集合出发，遍历对象，把活跃对象入栈，并依次处理。处理方式可以是广度优先搜索也可以是深度优先搜索（通常使用深度优先搜索，节约内存）。标记出活跃对象之后，就可以把不活跃对象清除。下面演示一个简单的例子，从根集合出发查找堆空间的活跃对象，如图1-3所示。
图1-3 标记清除算法
这里仅仅演示了如何找到对象，没有进一步介绍找到对象后如何处理。对于标记清除算法其实还需要额外的数据结构（比如一个链表）来记录可用空间，在对象分配的时候从这个链表中寻找能够容纳对象的空间。当然这里还有很多细节都未涉及，比如在分配时如何找到最合适的内存空间，有First Fit、Best Fit和Worst Fit等方法，这里不再赘述。标记清除算法最大的缺点就是使内存碎片化。
标记压缩算法是为了解决标记清除算法中使内存碎片化的问题，除了上述的标记动作之外，还会把活跃对象重新整理从头开始排列，减少内存碎片。
垃圾回收的基础算法自提出以来并没有大的变化。表1-1对几种算法的优缺点进行了比较，更加详细的介绍请参考其他书籍。
表1-1 垃圾回收基础算法的优缺点
